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  • 锌空气电池锌空气燃料电池噱头难掩瓶颈

    发布时间: 2020-01-03 01:58首页:主页 > 战略合作 > 阅读()

      特种锂离子电池工程研究院是我司与中南大学、华南理工大学和东莞理工学院联合创办,拥有等成熟特种锂离子电池解决方案,可满足客户特殊环境、特殊性能和特殊用途的需求。

      研究院专家团队拥有包括测控、电化学、光机电、电力电子、信号处理和仪器仪表等专业技术门类

      包括教授专家9人,副教授专家2人,中高级职称工程师12人,其中国家千人计划2人,教授博导7人

      日前,工信部批复了《电动汽车用锌空气电池行业标准》,其中对锌空气电池的要求、试验方法等诸多方面均作了明确规定,最终标准则有望于11月正式出炉。早在去年6月,由电动车辆分标委组织起草的汽车行业标准《电动汽车用锌空气电池》,就已完成征求意见稿。而在经过了一年多对锌空气电池标准的继续深入研究和完善之后,此次批复无疑宣布锌空气电池在电动汽车领域的规范化应用,进入到了最后的读秒阶段。以氢氧为“食”绿色安全从2011年国内首辆锌空气电动公交车正式下线年在武汉实现规模化量产,再到如今首个行业标准即将正式实施,短短三年时间,锌空气电池可谓实现了三级跳,一下从人们的认知边缘走向了新能源汽车的实用前沿。不过,不少人对锌空气电池的概念还是感到陌生。所谓锌空气电池(zincairbattery),又称锌氧电池,主要是利用活性炭吸附空气中的氧或纯氧,来作为正极活性物质;而以锌作为负极,以氯化铵或苛性碱溶液作为为电解质的一种原电池。事实上,锌空气电池的发明已有100多年的历史,最早是应用于铁路信号灯等电源之上。与传统电池相比,锌空气电池最大的特点就是绿色环保。由于电池工作过程中,负极上的锌仅与电解液中的OH-和空气中的氧气相接触而发生化学反应,所以在整个放电过程中,并不会产生任何污染大气的物质。此外,锌空气电池还以能量密度著称,其每公斤发电量能够达到0.3KWH,较锂电池高出一倍。也就是说,虽然重量只有锂电池的一半,但锌空气电池的续航里程却是锂电池的两倍之多,且蓄电量的增大,也不会使锌空气电池更易爆炸。而由于仅使用空气中的氧及价格相对低廉的锌,锌空气电池的成本也降了下来,据悉其量产后的售价仅为锂电池的1/3。以国内首个锌空气电动公交车为例,每充一次电大概可行驶约300公里,最高时速可达每小时80公里。因此有业内人士认为,锌空气电池可以被称为真正意义上的可循环使用的、清洁无污染的化学电源。“一次性”和“动力低”成硬伤如此绿色、高效、安全、低价的锌空气电池,为何迟迟没有在市场上露面呢?按理说,早在100多年前就已出现的锌空气电池,即便是当时技术不达标,但只要研发能够得以延续,应该不会被后来的铅酸电池、镍铬电池,亦或现在的锂电池所取代。之所以出现如今锂电池一统天下的局面,锌空气电池确实有着自己的硬伤。而这一致命缺陷就是不可充电,即锌空气电池属于一次性电池。虽然也有企业研发过可充放的锌电池,但极为有限的充放电次数,与其他电池相比,显然满足不了市场需求。不少业内专家表示,如今人们提到的锌空气电池并不是真正意义上的充电电池,而是需要定期更换材料(锌)才能维持运行。就像传统燃油车需要加油一样,一旦不能提供原料锌,就不能实现连续工作,储能、放电也就无从谈起。除了空气和金属锌,锌空气电池还需要其他微量元素参与化学反应,而这些微量元素的价格也都不低。因此虽然原料的价格是省下了,但从电池组投入应用的整体产出来看,锌空气电池的性价比并没有想象中的那么高。虽然在诸多种类的金属空气电池中,只有锌空气电池得到实用,但动力技术上的瓶颈一直制约着其真正投入实际应用,比功率是其中之一。实际上,“比功率”就是用来衡量一辆车瞬间爆发力的。据悉,锌空气电池的比功率很低,最高时速只能达到80公里,连完成加速和爬坡等动作都比较吃力,更谈不上规模化应用于轿车上了。这也就是长久以来,人们为何只会在助听器等小型器件中看到锌空气电池身影的原因。电池“混用”或是良策那么,是不是锌空气电池即便规模化投产,也不会有太大用武之地呢?虽然目前新能源汽车主要的动力源还是由锂电池把控,但续航能力差、充电时间长等缺陷,一直都是消费者吐槽的焦点。新能源车充电要十几甚至二十几个小时,充满电后跑不长,无法让用车者满意。而锂电池的缺陷,恰恰可以由锌空气电池来弥补。据悉,如今有相关部门在研发中,车辆能够根据实际路况和车速,灵活采用不同的电池组合加以应对。如果车辆以30至40公里每小时的速度行驶在路况较好的路面时,就使用锌空气电池;而碰到爬坡上坎的路面时,就切换到锂电池提供电力。在如今政府新一轮新能源汽车优惠政策的影响下,新能源车的普及也只是时间问题。燃料电池疯炒难掩5瓶颈难以“上位”锂电池最近,一则燃料电池汽车消息引起了大家关注。据外电报道,丰田汽车日前表示,其氢燃料电池系统单价将从当前原型的百万美元级别削减至约5万美元,首款丰田氢燃料电池车将在2015年前后上市。大家对FCV如此关注,应用前景迷人是主要原因之一。一位业内专家说:“到目前为止,还没有哪一项能源生成技术像燃料电池那样将诸多优点集于一身。”人们憧憬未来美好生活,今后在城市中,不再被汽车尾气困扰。燃料电池将化学能直接转换为电能,具有较高的能效,不会因为燃烧产生大量废气与废热,能量转换率约为传统内燃机的3倍以上。目前,直接使用氢气的系统效率超过50%,如果将燃料电池排放的废热加以回收利用,能量利用率超过85%,传统内燃机的热效率大约为20%~30%。燃料电池具有环境亲和性。部分燃料电池会排放二氧化碳,但远低于燃烧汽油的排放量(约为其1/6)。氢燃料电池的排放只有水,真正做到了无污染。人们对新能源汽车的续驶里程极为关注,纯电动汽车在这方面广受诟病。FCV不存在这个问题,国外相关机构研究表明,一加仑汽油与一公斤氢气行驶里程相当。丰田将上市的FCV为4座轿车,价格约为7万美元,日本政府补贴2万美元后价格降至约5万美元(约合人民币30.91万元);丰田的FCV充一次氢可行驶约700km(JC08模式);使用了可令粒径为数μm的铂类催化剂在不凝结状态下涂布的电极形成技术,为提高输出功率密度作出了巨大贡献,等等。丰田研发的FCV技术进步确实不小。燃料电池汽车的应用前景迷人,丰田又拿出了具有推广价值的车型,似乎,FCV的道路变得平坦了。事实上并非如此,燃料电池或是美丽的“谎言”。笔者一直与燃料电池圈的数位研究人员长时期接触,了解到燃料电池汽车的难点主要在5个方面:催化剂、膜、储氢、系统复杂性和制氢。前面4个与FCV本身有关系,制氢牵扯到配套供应体系。FCV的催化剂要用贵金属铂制造。资料显示,铂金在世界市场上售价为每盎司(约28克)1,380美元,这使得以往几家汽车企业拿出来做实验的FCV高达百万美元。丰田采用镀层技术,把铂的用量降到100克,技术进步很明显。但是,一位业内专家说,铂金的储量非常少,全部供给汽车业使用可能都不够。全球汽车保有量已经超过10亿辆,即使按照丰田的说法,未来达到一辆车使用20克,意味着需要铂金2万吨。资料显示,世界铂族元素矿产资源总储量约为3.1万吨,其中,铂金总储量约为1.4万吨。很显然,燃料电池汽车必须摆脱对铂金的依赖,才有广阔的发展空间。另外,随着铂金用量不断增加,价格直线上涨,一位业内人士说,近5年来,铂金价格上涨了近5倍,研发人员在FCV上降低成本的努力在某种程度上被价格上涨抵消了。那则消息没有提到膜、储氢和系统复杂性,既然丰田将于2015年推出FCV,相信这几个问题,他们已经解决了。但是,有一个问题绕不过去,就像我们使用传统汽车必须加注燃油一样,FCV的氢气从何处来?FCV对氢气的纯度要求较高,如果氢气纯度不高,铂催化剂会中毒。专家指出,氢气纯度一般要求达到99.99%,有些要求达到99.9999%。一般工业制氢纯度为99%,每提高一个数量级,成本增加很多。目前,FCV使用的氢气主要来源于化工副产品和天然气重整。先来说化工副产品制氢,既然这些氢气是化工副产品得来,那么其成本大部分被主产品承担了,当然价格比较便宜,人们使用FCV加注氢气的成本就不太高,体现出FCV既经济又环保的优势。但是,化工副产品制氢的数量有限,当FCV大规模投入使用,化工副产品制氢还能满足需求吗?再来看天然气重整制氢。姑且不说这个方法能耗较高,生产周期长,看看几个城市天然气出租车排队2小时加气的景象,不难想象,未来大规模使用FCV会陷入居民生活使用与FCV争夺气源的尴尬境地。从另一个角度看,用天然气重整制氢满足FCV的使用,也不见得比直接燃烧天然气更环保、更经济。唯一可满足FCV大规模使用的氢气来源只有电解水,但是,这个方法需要耗费大量的电能,成本非常高。目前,FCV的使用空间取决于几种工业制氢量与FCV使用量的平衡点,这个平衡点在哪里?希望专业人士解答这个问题。FCV有迷人的应用前景,是未来的发展方向,要想大规模使用,只有等到可控核聚变技术成熟后,那时候,电解水的成本将变得非常低。深度解读未来汽车动力源:燃料电池VS锂电池几个月前,特斯拉CEO“给力哥”Elon·Musk在德国接受外媒采访时将燃料电池(FuelCell)称为“傻瓜电池”(FoolCell),并表示:“他们非常愚蠢,就算从理论上实现燃料电池的最佳性能,也无法同今天的锂离子电池抗衡。”他还指出锂离子电池还有很大潜力没有发掘。而另外一方面,通用汽车和丰田等多家车企巨头各自同合作伙伴签订合作开发燃料电池协议,计划未来数年内推出燃料电池车投入实用。早在2011年丰田就在东京车展上就亮相了FCV-R氢燃料电池概念车,今年东京车展则将展出量产型号。丰田公司同宝马签署协议在四个领域进行合作,其中就包括燃料电池。除了丰田,通用汽车和本田汽车宣布将联合开发下一代燃料电池技术,以便2020年投放到市场。韩国现代汽车已经率先投产燃料电池车,福特、戴姆勒和雷诺-日产正合作开发燃料电池技术。丰田表示,即将量产的燃料电池车售价大约接近宝马5系或者特斯拉ModelS,大约为5万美元左右,一次加注燃料续航里程高达300英里(483公里)。因而性价比具有较高的竞争力。那么到底是特斯拉的给力哥对,还是丰田以及一众车厂对,为什么会有燃料电池和锂离子电池之争,未来电动车的动力之源会是什么呢?我们来做一个深度解读。电动车和传统汽车现在林林总总的电动车,其实是传统汽车的一个延续,人们做的,只是把传统汽车动力部分、燃油部分换成了电机和电池。电动车的历史其实非常非常悠久,1839年,苏格兰的罗伯特·安德森给四轮马车装上了电池和电动机,将其成功改造为世界上第一辆靠电力驱动的车辆。内燃机汽车的发明时间则要推迟到四十余年之后的1885年10月,卡尔·奔驰设计制造了世界上第一辆三轮汽油汽车,同年戈特利布·戴姆勒也制造出了一部四轮汽油汽车。两人各自成立了自已的汽车公司,1926年两家合并为戴姆勒-奔驰汽车公司。电动车在历史上经历过三个发展期,1885年到1915年是电动车的第一次黄金时期。这一期间,由于内燃机技术相当落后,行驶里程短,故障多,维修困难,不及电动车,因此电动车在这一时期被普遍认可。当时美国总统的座驾就是电动车,而不是内燃机汽车。第二个阶段是60年代,中东战争引发石油危机的大背景下,美国通用汽车公司与福特汽车公司分别研发了新型电动汽车。雪铁龙、标致则将现有车型改装成小型电动汽车。以此为契机,全球掀起了电动车热潮。第三个阶段是20世纪90年代后,随着锂电池技术的进步,成本的降低,电动车的性能有了巨大提升。最终实现了特斯拉、日产等的量产电动车。从电动车的历史可以看出,电动车和传统的内燃机汽车,实际上是平行发展,互相竞争的关系。当电动车的性能、成本、用户体验高于内燃机汽车的时候,电动车就有一个黄金发展期,而当内燃机技术进步,体验超过电动车时,电动车就归于沉寂。电动车性能的关键因素:动力电池对于电动车来说,性能、成本、用户体验能否压倒内燃机汽车,关键在于动力电池。我们知道,汽车能跑,是因为发动机和变速箱工作,给汽车提供动力,电动车能跑是电池和电动机提供动力。电机技术经过百年的发展,已经非常非常成熟。无论是单位重量的功率、还是效率、寿命、成本、控制,都远远优于发动机。同等功率的电机往往比发动机便宜,寿命更长,维护保养也更简单。理论上电动车应该远比内燃机汽车更有竞争力,而问题的关键就卡在电池上。众所周知,汽车运动是需要能量的,内燃机汽车的能量来自于汽油或者柴油的燃烧,热能转化成动能。而电池通过电机,把电能转化成动能。而现在电动车遇到的问题就是同样的重量,同样的体积,电池提供的能量远远低于汽油和柴油,也就是能量密度低。所以,同样跑300公里,汽油车只需要30升的油箱,只需要20多公斤汽油,而即使采用了先进锂离子电池的电动车,也要600多公斤的巨大电池包,还不算保护电路,电池包本身的保护的重量。如果用铅酸电池,则需要1吨到2吨的沉重电池包,而一辆家用轿车正常的重量也不过1吨多。除了能量密度,电池还有一个功率密度的概念,动力电池能够释放的最大电流是有限的,电压是有限的。即使电动机功率很高,电池瞬间放电能力不行,也会影响电动车的性能。动力电池的分类目前,电动车用的动力电池种类其实非常多,但是真正实用化的并不多。因为很多电池都有这样或者那样的问题。世界上大部分厂商都选择了锂电池,细节材料上有使用三元锂电池的,有使用磷酸铁锂的,有使用锰酸锂的,但是它们都可以归结到锂电池的范畴,需要充电放电,有循环次数。氢燃料电池和锌空气电池都不是充电电池,是靠消耗其他材料(氢气,锌)产生电能,需要添加其他材料才能维持运行,更类似传统燃油车加油的概念。还有几种比较另类的电池,一般当作动力电池的辅助使用。下面我们就来详细说说各类电池的特点和用于汽车的优劣。锰酸锂电池,日本企业用的很多,优点是低温性能比较好,低温电量损失没有磷酸铁锂那么严重,价格也便宜,安全性不如磷酸铁锂,但是还不错。但是材料本身不太稳定,容易产生气体。小结:从目前的技术看,氢燃料电池、锌空气电池都需要新建一个产业链来支撑,这需要很长的时间和大量的投资,而且两者都有弱点,竞争力很弱,很长一段时间不会有什么希望。飞轮电池性能优异,但是价格昂贵,如果能找到大幅度降低成本的办法,飞轮电池是最适合电动车的,可惜目前还没有找到的迹象。这就决定未来很长一段时间,飞轮电池只能出现在一些超高价的豪华车和超跑上。锂电池从发明以来,随着技术的进步和产业化的扩充,每年都有小幅度的降价和容量提升。特斯拉在2012年以后火爆,并不是特斯拉的技术领先多少,日本在2005年就开发出来了性能比特斯拉ModelS更优异的Eliica,但是当时锂电池的高昂价格注定这个产品只是试验品。比亚迪正在开发性能不逊色于特斯拉ModelS的E9,而做为电动车和燃油车过度的插电混合动力车,比亚迪秦马上上市,宝马混合动力的i3、i8都要上市,保时捷918也已经预订。这背后就是2013年锂电池的价格已经降低到一个可以接受的范围。未来几年,随着锂电池价格的进一步下降和容量的进一步提升,电动车、插电混合动力车会越来越便宜,性能越来越好,电动车取代燃油车的进程才刚刚开始。

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