【導讀】人們對環(huán)保意識日漸增強,新型能源也成為關注熱點。各種各樣的電池被研發(fā)用于新能源汽車,那么電動汽車電池有哪些特點?電動汽車用哪款電池好?本文就為你揭曉答案。
電動車的核心技術是電池、電機、電控,然后就是傳統(tǒng)汽車上的底盤技術之類的東西。其中電機技術現在已經比較成熟,電控隨著摩爾定律也在不斷進步,汽車底盤技術發(fā)展了這么多年,更不是瓶頸。
電動車的核心問題就在電池上面。對于電動車來說,理想的電池應該有以下幾個特性
一、有足夠能能量密度,單位體積單位重量要有足夠的容量,這樣才能跑更遠的路程。
二、有足夠的功率密度,單位體積單位重量能產生足夠大功率,這樣車才能加速快,才能爬坡。
三、能量補充速度要快,充電或者換電都要快,要不然就只能限定在城市通勤,白天跑路晚上充電的模式。
四、平均使用成本要便宜,壽命和價格綜合起來要有競爭力。
現在已經上市的電動車,主要有兩種電池,一種高速電動車的鋰離子電池,包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元鋰電池等等。還有一種是低速電動車的鉛酸電池。
就電動車的要求要看,鋰電池功率密度和能量密度都不錯,但是充電沒法快,價格也高昂。沒有補貼支持的話,只能用于特斯拉這種高定位的車型。
鉛酸電池功率密度和能量密度都低,充電也慢,但是價格相對便宜,用在短途低速電動車上比較適宜。但是有污染問題,現在中國不鼓勵發(fā)展。
其他流言中很牛的這個電池,那個電池,很遺憾,還沒有能夠量產上路,有幾種有實驗性的公交線路在用。真正通過了實踐檢驗,現實中可以大規(guī)模使用的就這兩種。流言中高級電池或者根本就不靠譜,或者還在實驗室階段。
林林總總的電池
(一)氫燃料電池
我們先來日本搞得氫燃料電池,燃料電池我們可以理解成一種加燃料產生電能,一般不充電的電池。也就是說,氫燃料電池的充電方式其實就是加注氫,和我們傳統(tǒng)汽車加油是一樣的。
氫燃料電池電動車的優(yōu)勢是沒有污染物排放,氫發(fā)電,電機驅動車輛,我們只要把加油站換成加氫站就可以了。
這個過程看上去很簡單,但是問題出在氫的制造、運輸、儲存上。氣態(tài)氫氣需要高壓氣罐儲存,液態(tài)氫氣需要大量電能維持在很低的溫度。使用遠比燃油麻煩。
雖然氫氣制造并不是很困難,但是把制造好的氫氣運輸到加氫站,就需要鋪設專門的管道。而加氫站給氫燃料電池電動車加氫,也需要專門的設備。(氫有氫脆,對傳輸、儲存的材料要求很高,氫氣很容易泄露爆炸燃燒,對設備的安全性要求也很高)
燃油,天然氣都有現成的基礎設施可以利用,鋰電池有現成的電網可以利用。而氫燃料電池電動車需要從頭建立一整套制造、運輸、儲存的系統(tǒng),全套的基礎設施。這個難度太大。
所以,除非有政府不計成本的補貼建設全套基礎設施,否則氫燃料電池電動車就是個花瓶。日本搞這個因為日本在整個氫燃料產業(yè)鏈上全部占有制高點,其他國家不會那么傻,自己投入巨資重建一套系統(tǒng),還讓日本人掌控命脈,所以氫燃料電池難以推廣。
(二)鋁空氣電池
鋁空氣電池雖然是金屬電池,其實也應該算作燃料電池。通常鋁空氣電池也是不充電的,只需要更換鋁材料即可。
其實鋁空氣電池的原理類似的助聽器里面常見的鋅空氣電池。
這種金屬燃料電池的優(yōu)點是能量密度比大,缺點是功率密度比低。用在低功率的助聽器上沒有問題,用在汽車上功率會不太夠,往往要配合功率高的鋰電池使用。
鋅空氣電池相比來說比較成熟,已經有量產產品,在汽車上也有試用。
鋁空氣電池比鋅空氣電池能量密度更高,有更好的前途,但是因為鋁的化學性質問題,難以保證安全穩(wěn)定,目前連可以量產的成品都沒有,實用化為時尚早。
而且,金屬燃料電池因為不充電,同樣面臨著產業(yè)鏈的問題。無論是鋅空氣電池還是鋁空氣電池,都是下面這種循環(huán)。
1、金屬制造廠電解金屬氧化物制造金屬;
2、金屬運輸到換電站
3、換電站用金屬更換掉用戶電動車內的金屬氧化物(金屬電池放電完畢生成氧化物)
4、廠方回收氧化物重新電解成金屬。
在這個流程中,需要建立一條從制造到運輸,到更換,到回收的產業(yè)鏈。同樣涉及到基礎設施建設。建立遍布全國的換電站幾乎是不可能完成的任務。
所以,即使鋁空氣電池成功,也只能用于城市公交、出租一類可以固定位置換電(出租車在出租公司,公交車在公交公司)的場所。全面普及和氫燃料電池同樣困難。
(三)液流電池
液流電池是普通的化學電池,它的特點是把正極和負極電解液單獨存放,解決了普通化學電池活性物質利用率的問題。理論上可以有更高的能量密度,而且充放電次數也更多,有非常理想的性能。
但是液流電池受制于材料和電解液的濃度,發(fā)展了多年能量密度依然很低,儲能電站可以使用,不能用到汽車。
最近,麻省理工的科學家蔣業(yè)明博士發(fā)明了半固態(tài)鋰液流電池,在材料上做了革新,讓電解液濃度大幅度提升,這就讓能量密度和功率密度達到了實用化的水平。
不過,蔣博士的這個電池還在實驗室階段,到成熟的成品尚有時日,更不用說量產了。
NanoFlowcell AG公司推出液流電池汽車,從其給出的技術指標看,似乎是做到了很高的能量密度,可以實用化,目前車輛已經開始測試。但真假還有待驗證。
但是,液流電池是最近我們看到種種高級電池中比較靠譜的一個,只要把實驗室技術轉化成量產產品,就可以真正改變電動車行業(yè)。讓電動車跑的更遠,價格更便宜(液流電池的原理決定它所使用的昂貴材料更少),充電更快(液流電池可以通過電網充電,也可以直接更換電解液完成快速充電,不過更換電解液同樣需要產業(yè)鏈配套)
(四)看上去很美石墨烯電池
石墨烯有很大的比表面積,可以攜帶更多的鋰離子,得到和失去鋰離子的速度都很快,這種特性給鋰電池增加容量,加快充放電速度提供了物理基礎。
但是在試驗中,石墨烯做負極的鋰電池循環(huán)壽命很差,充放電快,但是兩次就失效了,顯然是不能用的。
于是,人們就開始研發(fā)各種各樣的復合材料來做負極,試圖找到一種材料,能把充放電速度快、長循環(huán)壽命、高能量密度,低成本結合起來。
替代傳統(tǒng)電池還有待突破
我們目前上市的電動車使用鉛酸電池,鋰電池,不是電動車企業(yè)蠢,不知道采用新技術,而是在目前能量產能供貨的電池中,只有這兩種是可用靠譜的,其他或者是技術不成熟,或者是產業(yè)鏈無法配套的、或者是成本太高無法商用。
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