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用品新科技(25):空气电池推动电动车发展

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电动汽车电池技术一直是制约电动汽车普及的最重要的因素,随着电动汽车的快速发展,各种电池新技术被研发,其中空气电池被认为是最佳候选能源,蓄电能力是市场上锂电池的十倍以上,是电动汽车远程行驶的未来,但据说该电池还有很多问题亟待解决。

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网易汽车11月3日报道 电动汽车电池技术一直是制约电动汽车普及的最重要的因素,随着电动汽车的快速发展,各种电池新技术被研发,其中空气电池被认为是最佳候选能源,蓄电能力是市场上锂电池的十倍以上,是电动汽车远程行驶的未来,但该电池还有很多问题亟待解决。


铝空气电池

说起空气电池,大家可能听说过空气铝电池。早在今年1月份,富士色素株式会社(并非富士子公司)宣布,已在铝空气电池技术上取得重大突破。与特斯拉即将量产的锂聚电池相比,铝空气电池理论容量多出40倍以上。富士色素表示,将在今年底前实现项目商业化。


早在去年Alcoa(美铝公司)和以色列Phinergy公司表示:试验用车的一个电池组重约100公斤,内装50块电池板,仅一块铝空气电池板就可以驱动车辆行驶约32公里,最高续航里程可达1600公里。该公司还表示,开发出的铝-空气电池的空气阴极配备有专用的银基催化剂,其采用了独特的创新结构,该结构可以使氧气顺利通过,而可以将二氧化碳阻隔在外。通过该创新结构,Phinergy铝-空气电池的空气阴极可以有效避免电极的碳化问题,其工作寿命也因此可以达到数千小时。

锂空气电池

锂—空气电池也被称为呼吸电池,能够利用锂金属与空气中的氧发生反应所产生的能量。近20年来,锂—空气电池在全球被广泛研究。典型情况下,这种电池使用 锂金属作为负极材料,正极则为多孔的导电碳材料。放电时,从负极出发的锂离子在正极与空气中的氧气反应,产生一种叫作过氧化锂的固体产物,填充于碳电极的孔隙中。充电时,化学过程逆转,过氧化锂被分解释放氧气。该电池的蓄电能力理论上是目前市场上锂离子电池的10倍,但在实际应用时却存在多个重大缺陷。


  据介绍,锂—空气电池的反应产物过氧化锂及反应中间产物超氧化锂都有较高的反应活性,会分解电解液,因此几个充放电循环后电池电量就会急剧下降,电池寿命较短;由于过氧化锂导电性能差,充电时很难分解,需要很高的充电电压,还会导致分解电解液及碳电极等副作用;放电时,过氧化锂会堵塞多孔碳电极,导致放电 提前结束;充电时,锂金属负极表面会以树枝状向正极生长,最终可能导致短路,存在安全隐患;锂金属与空气中的水蒸气、氮气、二氧化碳都会发生反应,导致负极材料消耗,最终使电池失效。研究人员改用多层次的大孔石墨烯作为正极材料,利用水和碘化锂作为电解液添加剂,最终产生和分解的是氢氧化锂,而不是此前电池中的过氧 化锂。氢氧化锂比过氧化锂要稳定,大大降低了电池中的副反应,提高了电池性能。其中碘化锂除了帮助分解氢氧化锂外,似乎还起到了保护锂金属负极的作用,使电池对于过量的水有一定的免疫性。

研究人员开发出的锂—空气电池模型蓄电能力约为3000瓦时/千克,是现有锂离子电池的约8倍,可循环充放电上千次,首次循环充放电效率高达93%。 研究人员指出,这一工作为加快锂—空气电池的发展提供了许多新思路,比如使用多层次大孔石墨烯电极和电解液添加剂来改变电池反应产物、减少电池副反应、提高蓄电能力等。


据介绍,目前这种电池要想商业化依然有较多难题。电池的电流密度低,距离电动汽车所需的电流密度还差很远,可能至少还需10年的工作,才能将该电池变为可用于汽车。

小结:

电池是电动车的核心部件,直接决定了对电动车来说最为关键的续航里程。随着新能源逐渐升温,对电池行业的投入也越来越大,未来几年,电池技术将迎来快速的发展,远程电动汽车将成为可能。

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