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电动车和电动自行车的几种清洁电池

2006/10/13 阅读:8488

氢镍电池

电池应该首推呼声较高的氢镍电池。氢镍电池起源于二十世纪60年代初,科学家发现,金属氢化物在常温下能大量吸收氢或释放氢。基于这个特性把金属氢化物作为负极材料,开发了氢镍电池,也就是说氢镍电池是镉镍电池的基础上把储氢材料代换了金属镉,人民认为氢镍电池没有了金属镉就变成了清洁电池,也就是绿色电池。
氢镍电池。

它的特性首先是能量密度比较高,它是镉镍电池的的1.5~2倍,比能量可达到95瓦时/千克,比功率可以达到900瓦/千克,电池的电压1.2~1.3之间,与镉镍电池相当。可以方便的代换使用。另外,氢镍电池记忆效应不明显,无毒,不会对环境造成污染,不使用贵金属,可以密封。耐过冲放电的能力强,循环寿命80%深度放电的时候超过1000次。

我国对氢镍电池的研究投入了大量的资金,使它成了自主开发的“863计划”最成功的例子。2003年8月,国家经贸委组织召开了高能动力氢镍电池的鉴定会,电动自行车充电行驶了80千米。

它现在的主要问题是:

价格太高。美国能源部对氢镍电池的规划成本是每千瓦时250美元,目前差距还比较大。与铅酸电池相比,它的行驶里程增加了18%、车重减少了12%、整车的价格增加了45%,因此影响了在电动车上的推广。

组合电池常常有2030节电池串联组成。对于每个单体电池各项性能指标的均匀性要求都比较高,特别是在高速率深放电的情况下,单体电池之间的容量和变压差会更大,因此对均匀性的要求更高。

自放电现象比氢镍电池大。
 
锂离子电池

锂离子电池是90年代出现的新型电源体系。锂离子是用锂离子化合物作为负极。锂离子电池的特点:锂离子电池的工作电压3.6伏,比镉镍电池和氢镍电池(1.2~1.3伏)高出3倍,体积小,质量轻,重量仅是氢镍电池的1~2倍。无记忆效应、它具有无污染、自放电少、寿命长的特点。因此是二十一世纪的理想能源。

几年来,锂离子电池作为动力电池发展很快。它在比能量、寿命长等方面有突出的优点。大家对锂离子电池是否存在安全隐患很关注。原来锂离子电池发生过几次爆炸事故,那时由于金属锂作为负极造成的。现在的锂离子电池的负极材料采用了嵌入和脱嵌锂离子的电极材料,代替了过去的金属锂电极,基本上解决了以前的问题。

锂离子电池还有一个有利的地方的是,我国政府予以高度重视。我国在“九五”期间,将电动汽车列入了重大的产业化工程项目,在“十五”期间又把它列入了高新技术“863计划”重大专项。燃料电池、氢镍电池、锂离子电池这样一些相关材料的研究和开发,得到了政府的大力支持,“十五”期间将实现混合动力电动汽车批量生产和产业化,对推动电动汽车的发展,建设我国动力电池与相关材料的产业化十分有利。最近,国家发改委又决定支持我国锂离子动力电池的产业化示范基地建设,会进一步推动我国锂离子动力电池的发展。

据北京奥运会的计划,到2008年北京至少要发展1000辆电动汽车。一辆电动公共汽车至少要100安时电池400多块,总容量达到4万多安时,仅这一项动力电池的需要就可能达到4000多万安时,只这一项的产值就达到4亿多人民币。电动汽车、电动摩托车、电动高尔夫车,公共场所的电动载人载货车等,对于锂离子电池的需求数量是非常巨大的。比较起来它的性能是非常突出,作为电动汽车的电池,如果一吨重的汽车,负荷32前面/小时,铅酸电池可以形式80千米,镉镍电池可以行驶150千米,锂离子电池就可以行驶320千米,因此,从各种情况来看,锂离子电池是具有非常大的发展潜力。它的不足的一面是价格高,安全性的问题正在逐步得到解决。
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锌空气电池

锌空气电池是当前电池领域的最有希望的科技产品,被称为面向二十一世纪的绿色能源。锌空气电池的特性:首先具有高比能量,理论体能量是1350瓦时/KG,实际上已经达到了220~300瓦时/KG,这是目前已经运用的最高的能量。第二,工作电压平稳。第三,清洁、安全、可靠。第四,荷电量大。该电池是铅酸电池的五倍。在电动摩托车上试验,锌空气电池一次充电可以行驶300千米。锌空气电池的充电,主要是锌电极。现在锌电极主要采取两种办法,一种是机械更换式,把锌电芯取出来重新换上锌电极,这个过程大约是10分钟。另一种是可弃式。它的特点是,反应物储存在电池外,因为锌空气电池在同样的情况下,能储存更多的反应材料,与普通的电池相比,它的能量就会高出很多,成本更低。以手机电池为例,以氢镍电池相比和锂离子电池相比,锌空气电池通话的时间可以增加5~10倍,待机时间可以在45天以上。锌空气电池的重量比锂离子电池还要轻,成本还要低。

目前锌空气电池存在的问题:

第一,    锌电极直接氧化。因为,空气电极直接暴露于空气。空气里边的氧就溶于电解液,穿透到锌电极,就使得锌电极直接被氧化、钝化,活性降低。

第二,    锌电极在碱性溶液里,溶解腐蚀,产生锌晶造成短路。

第三, 空气电极催化活性偏低。采用铂等催化物价格太贵,换成了碳黑、石墨和二氧化锰的混合物,虽然成本降低了但活性也随之降低,电解液容易碳酸化,电池的寿命也降低了。

燃料电池

燃料电池它是一种燃料和氧化剂化学能高效转换为电能的发电装置,它与常规的电源不同,它的燃料、氧化剂不是存在电池里,而是储存在电池外的储罐里。当电池发电的时候,要连续不断地向电池内输送燃料和氧化剂,排出反应产物,产生电能。以氢氧燃料电池为例,一个电极通进氢气,一个电极通进氧气,它们在电池里化合,产生水,然后放出电能来。国外的情况开发的比较早。

我国早在50年代在航天事业的推动下,就掀起了研究燃料电池的热潮。90年代,我国又掀起了第二次的研究热潮,中国科学院大连化学物理所,采用美国杜邦公司Nafion117膜组装的140平方厘米的单电池,工作电流密度已经达到500~600毫安/平方厘米,工作电压达到0.7~0.65伏,输出比功率是0.35瓦/平方厘米,并组装了4对100~200瓦,8对200~300瓦,35倍1000瓦~1500瓦的电池组。经过几十次的启动循环、千小时的运行,性能稳定,到2008年奥运会的时候,北京电动汽车可能使用。

燃料电池存在的问题:

主要是价格问题。10年前一辆燃料电池的汽车为2亿美元,现在还要20万美元。从发展趋势来看,10年以后有可能降到普通汽车差不多的价格。

使用方便和安全性的问题。纯氢燃料电池电动车还面临着根本的制约因素,缺乏氢气植被和罐充的基础设施。这里还有很多待攻关的课题。

车载燃料的问题。以甲醇和汽车等烯烃转化为氢的车载燃料在车上解决重整器的问题。技术上可行,但还有大量工作要做。

燃料电池的辅助系统比较复杂。燃料系统常常由于辅助系统的设备出现而产生故障。从这样一个情况来看,上个世纪末本世纪初是燃料电池在技术和成本上,从特殊应用到商品化取得突破的重要的时期。科委、中科院以将燃料电池技术列为“九五”院级重大支持项目和 “十五”支持项目。我国的燃料电池研究在世界中处于比较先进地位。

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