钜大LARGE | 点击量:1029次 | 2018年10月26日
电池技术“铝”盛“锂”衰?
铝空气电池前景探讨
铝空气电池最近受到业界追捧,有人在网上询问,“铝空气电池前景怎样?”以下回答来自电池从业者们。
苏杰
率空气电池还在实验室,从资料上来看确实是性能提高不少,是否能救市另说,但成果不等于产品,产品不等于能产业化,能产业化不等于用户接受高。
所以,前景真不好说,只能说保守乐观。
金属锂电池的制备工艺中国至今未掌握,有了成熟技术也未必能国产。据我所知做的较好的是以色列,也仅少量特种。
梁倬
新闻写得很美好,这电池也很美好,就是有一个缺点而已…
那就是…它不能充电!
放完电之后,你得把车开到专门的地方去换一块电池…这又跟加油有什么差别呢?
实际上,在新闻提到的CitroenC1里,这块铝空气电池是跟锂离子电池搭配使用的,日常里程一般用锂离子电池,用光了才启用铝空气电池,所以实际上这是一个备胎,仅供应付日常里程用完而又找不到充电站的情况而已。把这个也用光了,就得去换一块而不是回家充一充了。
至于特斯拉,一直都打算用锂离子电池做主力。最近才投了巨资建Gigafactory呢,2020年才达到设计产量,而在此之前,“我们考虑到了出现其它可行技术的情况”就是说,目前最看好的就是锂离子电池了。
welkincity,锂离子电池产品工程师
铝空气电池以高纯度铝Al(含铝99.99%)为负极、氧为正极,以氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解质。铝摄取空气中的氧,在电池放电时产生化学反应,铝和氧作用转化为氧化铝。铝空气电池的进展十分迅速,它在EV上的应用已取得良好效果,是一种很有发展前途的空气电池。
既然100公斤就能行驶3000公里,那为什么还要仍需保留锂离子电池呢?而且要在锂离子电池电量耗尽后才启动?
我认为虽然优点很优,缺点也比较显而易见:
1.比功率较低,充电和放电速度比较缓慢;
2.电压滞后,自放电率较大;
3.需要采用热管理系统来防止铝空气电池工作时的过热
所以说前景的话,肯定是有的,但是在这些致命缺点解决以前,短时间内是不会取代锂离子电池。
guangyanzhu,工程师
各种空气电池早已存在。属于储备电池范围。想想没电的时候换块金属块,多完美。但是这类电池都有一个共性问题:没有较完善的电解质膜的解决方案,所以导致这一类电池的应用始终无法扩大。这膜要保护金属在碱液中的稳定性,要以离子的方式传输电流,想想电池中隔膜加电解液的作用,想想锂亚硫酰氯中锂金属的电解质膜的作用。这些都是空气电池要首先突破的。
押注汽车未来:锂电池与燃料电池殊途同归
对于未来电动汽车究竟使用何种技术,目前有两种技术模式。一种是采用充电式锂电池技术;另一种是氢燃料等电池技术,该技术把预先储存的氢燃料转化为电能驱动汽车。无论是哪种技术拔得头筹,在电动汽车发展的历史中,这两项技术都将会互相借鉴,相互融合。
2014年6月25日,丰田汽车公司公开了新型燃料电池轿车FCV的设计情况,并宣布了上市时间以及在日本的预售价。今年年内将在日本销售FCV新型燃料电池轿车,新车税前预计售价为700万日元。在2015年夏季前后,该款燃料电池车将登陆美国和欧洲市场。针对日前在国外声名大噪的特斯拉,显然日本把燃料电池作为以后新能源汽车发展的主攻点。
针对燃料电池,一直以来都饱受非议,特斯拉首席执行官马斯克在此前的公司年会上,曾嘲笑所谓燃料电池是笨蛋电池。而日本方面却坚信燃料电池是电动车的未来。日本汽车一直围绕着降低油耗和减少排放的“节约能源”、促进电能和氢能等替代能源利用的“燃料多样化对策”以及“只有使环保车得到普及才是真正对环境作出贡献”的基本方针,不断推进环境技术的开发。在“燃料多样化对策”方面,氢能作为一种燃料选择备受瞩目。由于氢能具有可以利用各种一次能源尤其是太阳能和风能等自然能源进行制造、与电能相比能量密度大,便于储存和运输、可广泛用于家庭、汽车燃料以及有望用于发电等多种用途的特点,因此,丰田认为“氢能是未来极为重要的能源”。
针对目前两大汽车发展趋势开始出现分支,日系依然将氢燃料电池发展开在首位,特斯拉却绕道而行,谁会赢得未来市场?北京北辰亚运村汽车交易市场中心信息企划部部长郭咏在接受《中国产经新闻》记者采访中表示:“从长远开发还是以电动为主,氢燃料电池相对技术困难些,但未来值得人们去期待。”
技术模式初显端倪
对于未来电动汽车究竟使用何种技术,目前有两种技术模式。一种是采用充电式锂电池技术,即特斯拉这类充电型电动车。另一种是氢燃料等电池技术,该技术把预先储存的氢燃料转化为电能驱动汽车,日本丰田、德国戴姆勒和韩国现代汽车目前都在研发这种技术。特斯拉目前正在扩大在中国市场的发展。不仅加强与中国本土政府和银行间合作,计划在在北京、上海、杭州、广州、深圳和成都开设服务维修中心,并逐步向全国客户交车。目前为止,这一模式的发展还是比较成功的。
郭经理说:“特斯拉这种模式短期内不会迎来太大发展,这种模式虽然比较迎合年轻消费者的心,但从普及上来看还差很远。”
燃料电池被人诟病为“只是未来的汽车动力,一直都是”,不过目前的世界第一大车企丰田却非常认真的对待。2015年丰田第一款可商用燃料电池车FCV将批量上市,该车每次加燃料仅需几分钟,一次可跑500公里以上。丰田战略副总裁ChrisHostetter说道:“现在将进入燃料电池时代”。日本首相安倍晋三近日推出的“第三支箭”刺激方案加大了燃料电池车产业的补贴力度,丰田汽车等主要日本汽车厂商正与政府合力发展燃料电池车。
有分析人士表示,日本政府加速促成燃料电池车时代的到来,势必侵蚀特斯拉电动车的市场。安倍晋三宣布,作为新经济增长方案中的一部分,将对日本国内燃料电池车行业提供新的补助,为燃料电池车购买者提供补贴及减税优惠,放宽燃料充电站的限制,计划到2015至2016财年将该国的氢燃料充电站数量由目前的17座扩充至100座。这是日本政府首次制定燃料电池车相关产业的发展时间表,日本政府还希望在2025年前将燃料电池车的售价降至约2万美元左右。
专家分析,像丰田等巨头强势选择一种方案进行发展是一种战略上的赌博。选对了,将成为世界汽车动力技术领袖,选错了不仅会损失数十亿的研发资金,更将在这个大环境中全面落后。
发展最终殊途同归
在丰田、本田一次次展出氢燃料电池车型的时候,特斯拉CEO穆斯克表示了异议,他对丰田和本田的产品并不看好,并称其为营销手段。然而,在2014年4月的一次采访中,穆斯克却出人意料地说,特斯拉未必成功,但他让电动车不再是丑陋、慢吞吞和无趣的产品。
的确,如果从这个角度来讲,穆斯克的目的已然达到了。他刷新了电动车的形象。而对于日本汽车发展来说,对氢燃料的看重,实际上是因为欧美在电池技术上始终存在瓶颈,同时也出于日本的能源安全考虑。
可以说,日本发展EV并不符合国情,但其电池技术积累并不薄弱。特斯拉的锂电池供应全部来自于松下,为加强与松下的合作,特斯拉曾以低于每股22美元的价格出售股份给松下,将合作协议延期到2017年。EnergyTrend电动车与电池产业分析师吕理舜认为,EV制约的因素还在于电池成本和重量占到了汽车的一半,在此基调之下,氢能源的优势明显。
那么电池的瓶颈何时能突破呢?众所周知,日本经济陷入低谷期,安倍政府虽然出台了一系列的政策刺激经济,但这仍难以让夏普、松下投入资源开发电池技术。当然,业界看好锂-空气电池的发展潜力,但目前没有任何一家电池厂家能明确给出实用化时间表,即便是在2020年初量产的锂空电池,能量密度仍达不到汽油水平。所以,日本没有动力发展电池。
从更大的角度来看,日本发展氢能源技术是一项国策,这关系到日本国的能源安全。日本是一个资源匮乏的国家,能源危机始终存在,它需要摆脱石化燃料的限制。然而日本国内电能多数还是以石化燃料为主,这时候发展EV其实是对日本制造业的一种变向打击。但对于日本而言,能源安全更为重要。现在,除了氢燃料电池和特斯拉模式外,还有很多新能源发展的方案,都有着各自的优势和劣势,但最终的发展还是促进电动车领域的发展。
郭经理在采访中提到:“短期插电式更符合现在情况,加上政府大力支持,中国政府推出相关新能源汽车政策。但产品和车型以及配套设施不完善对传统冲击还不大。新能源汽车必定会取代传统汽车,而日本正在开发的氢燃料汽车,在将来两种技术都开发成熟,必然会趋于融合。会推动整个新能源汽车发展。”
电池技术“锌”盛“锂”衰?中国锌电池研究现状
根据MITTechnologyReview的报道,加州又出现一家以研发柔性、可反复充电的电池为主的初创公司ImEnergy,他们已经在测试超级薄的锌电池,希望最终能够把电池卖给可穿戴设备、医疗器械、智能标签、环境传感器的制造商们。除此之外,早在今年3月份,国内首条锌电池电动公交示范线就落户天津。分析人士表示,锌电池技术的不断突破以及逐步产业化,肯定会带动相关行业的快速发展。
柔性锌电池
或打开可穿戴设备想象空间
随着可穿戴电子设备的兴起,柔性电池早就成为科学家们研究的热点。过去几年,科学家们一直将研究的方向集中于柔性薄膜锂电池等方面;如今,为了解决可穿戴设备电力短缺的问题,科学家们似乎正在将研究方向转至锌电池领域。
当前,关于柔性电池的研发,已有多家初创公司涉足。根据MITTechnologyReview的报道,加州又出现一家以研发柔性、可反复充电的电池为主的初创公司ImEnergy。他们已经在测试超级薄的锌电池,希望最终能够把电池卖给可穿戴设备、医疗器械、智能标签、环境传感器的制造商们。
这家ImEnergy公司的技术,主要来自联合创始人克里斯汀·何(ChristineHo)毕业时在加州大学伯克利学院取得的研究成果:当时她与日本的一名研究人员,使用3D打印机生产出极其微小的锌电池颗粒。
众所周知,作为一种金属,锌相比锂更加稳定,不容易发生化学反应。在电解质当中,从微观层面观察,锌会呈现出像树枝一般的形态,从一个电极蔓延到另外一个电极,缩短电池电量。据此,该公司的联合创始人克里斯汀·何开发出一种固态聚合物电解质,以避免这种问题。这种电解质还增强了锌电池的稳定性,以及反复充电的能力。
另一名公司联合创始人布鲁克斯金凯(BrooksKincaid)称,锌电池融合了薄膜锂电池以及印刷电池的优点。目前薄膜锂电池可以反复充电,不过因为包含了易起反应的物质,从而限制其储电能力,而且制造起来十分昂贵。与此同时,印刷电池虽制造起来很便宜,而且拥有很高储电能力,但无法反复充电。也就是说,ImEnergy公司所研发的锌电池,既能制造成薄膜的样子,又可以反复充电,而且拥有很高的储电能力。
克里斯汀·何称,其采用自己公司的评测方法评测,结果显示:当现有的柔性电池弯曲1000多次的时候就坏掉了,而锌电池还保持稳定。有业内人士指出,如果锌电池达到这样的性能,那么未来它放在衣服里就不会是梦想。而且由于锌是一种相对稳定的物质,公司在生产基于锌的电池时,不必准备防护性的生产环境,能够降低生产的成本。目前,这家ImEnergy已经从PhoenixVenturePartners、AMECloudVentures两家投资公司中获得600万美元的投资。
分析人士表示,尽管ImEnergy才刚起步,但它的终极目标便是穿戴式设备市场,其中既包括消费市场(如耐克FuelBand和Fitbit),也包括医疗健康市场(如植入式监测设备),预计这种新型电池将令穿戴式设备行业受益匪浅。而鉴于穿戴式电子设备还是新兴行业,未来几年才可能成为主流,因此突破性的设计可能会彻底改变该行业。
国内首条锌电池
电动公交示范线落户天津
尽管锌电池的研发还未完全产业化,但目前已有一些迹象显示锌电池的产业空间十分广阔。国内方面,据相关媒体报道,今年3月17日,中航国际(香港)集团与天津融蓝实业集团有限公司、北京长力投资北京中航长力有限公司签约仪式暨金属燃料电池研究中心落成揭牌活动,在天津空港经济区举行。
据了解,该研究中心的落成,将以京津地区这一中国核心发展区为平台,紧紧围绕国际领先的锌空气电池的运行经济性进行深入研究,建立国内第一个有经济效益的、以锌空气电池为动力的电动汽车公交运行示范线,生产出具有最高的动力性能和有效物质利用率锌空气电池产品,从而在民用领域及特种领域开拓全新的绿色环保新能源市场。
业内人士表示,金属燃料电池研究中心落户空港,标志着金属燃料电池研究中心迈出了成功的第一步。
会上,天津百泰公司对九能京通新能源科技有限公司试产的锌空气燃料电池进行续航里程、电机控制器等阶段性试验后表示认可。据介绍,坐落于节能环保工业区的九能京通瞄准锌能源电池的巨大潜在市场,致力于金属空气燃料电池的生产、研发和销售,目前已成功在北京理工大学的电动大巴上试运行数千公里,并通过国家863电池测试中心检测,具有安全性能高、比能量高、工作电压平稳、使用寿命长、原材料丰富并可再生利用、价格合理等强大的竞争优势。公司技术人员介绍,锌空气电池属于零污染产品,生产过程无污染,使用它的电动大巴在行驶过程中实现“零污染排放”。
据了解,九能京通(天津)新能源科技有限公司是天津市第八批20个工业重大项目之一,总投资3.3亿元、占地185亩。分三期建设,预计2014年12月工程全部建成投产后,将实现年产16万组锌空气燃料电池组。
此外,早在2013年8月28日,高性能镍锌电池的领导者PowerGenix就宣布其生产的电池获得了中国国家试验室天津汽车测试中心的认证。
在此前的几个月内,天津汽车测试中心就完成了覆盖先进微混车各方面的全面的测试,验证了镍锌电池在潜在性能改善。天津汽车测试中心的认证表明PowerGenix的镍锌电池已通过所有的企业标准和微混车应用要求。微混车指的是在传统汽油汽车和柴油汽车基础上配备自动的电池供电起停系统。许多当地汽车制造商均认为,天津的认证是一个质量基准,这使得PowerGenix进入中国日益增长的微混车市场具有极大的竞争优势。
而PowerGenix也在此前宣布了一份与欧洲标致签订的创新合同。全球主要的几家汽车制造商都正在测试镍锌电池在起停系统应用的表现。通过此次漫长的测试期,经历了不同温度,在滥用的电气和环境条件下,天津汽车测试中心发现镍锌电池符合或超出所有的安全、产品性能、机械结构和储存标准。在仿真条件下,镍锌电池表现出超过六年的使用寿命,且几乎没有性能衰减。
上一篇: 锂离子电池与镍氢电池在充电时有什么区别
下一篇:铅酸电池和锂电池的差异