钜大LARGE | 点击量：1744次 | 2019年03月28日
新能源汽车使用的新型动力电池
容量电容器和核电池等几种新型动力电池。这种电池为电动汽车的发展开辟了更广阔的道路。
l.i燃料电池的发展及其优越性被誉为改变未来世界的十大新科技之首的燃料电池（FuelCells），是一种新型高效率的车辆动力和发电装置。近几年，燃料电池的研制、开发和商品化已取得巨大突破，为汽车工业和电力工业的变革创造了条件。
燃料电池发展的高潮始于1959年第一个实用性系统（5kW，用于2t叉车）开发成功。它是美国60年代首先使用于航天飞行器的一项尖端技术。1965年1986年氢氧燃料电池相继成功地应用于“双子星座”和“阿波罗”登月飞行。70年代初，第一次中东石油危机爆发，欧美和日本等国制定了有关燃料电池的长期发展规划。近几年来，严峻的大气污染和自然能源的紧缺，进一步促进了燃料电池的研究热潮。
燃料电池是一种将燃料的化学能直接转换成电能的装置。它由燃料、氧化剂、电极、电解液等组成。
使用的燃料十分广泛，如氢、甲醇、液氨、天然气、烃类等，其中最理想的是直接使用纯氢或从水中提取氢的氢燃料电池。因产生的反应物为水蒸气，绝对不污染环境，尤为人们所关注。即使是从甲醇等分离出氢，其分离过程排放的也只有C0和C0：，而无氮氧化物、未燃碳氢化合物等有害物质，污染极低。另外，燃料电池的电极只用作化学反应的场所和电流通道，并不参与化学反应，故无电极损耗。因而，燃料电池具有高效率e加上余热回收，能源效率高达80%）、装备质量轻、清洁无污染、勿需充电、工作可靠、寿命长等许多优点。十分适宜于汽车上使用，将它装到车上为电动机供电，传输到车轮的能量效率初步估算将达到40%，总的工作效率约为内燃机传输效率（107%）的三倍以上。特别是由于燃料像加汽油一样可连续加入，现有汽车的所有部件和技术可直接用于燃料电池电动车上。这一特点无疑将受到汽车和电器行业的欢迎，也易于为市场所接受。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
1.2燃料电池的工作原理和普通电池一样，燃料电池也是通过电极上的学反应是最简单的氢和氧结合生成水的过程。它是将氢（可来自纯氢燃料，也可从甲醇等高氢燃料甚至从水中催化分离获得）送到负极通道。由于负极催化剂的作用，氢原子中的电子被分离出来，受正极吸引在外电路形成电流，因而可用于驱动电机。失去电子的氢离子被允许穿过电解质，与正极区的氧（可从空气中获得）结合而成水。在这个过程中，燃料中的化学能即被直接转化为电能。
1.3燃料电池的类型燃料电池的工作效率和功率密度主要依赖于选用的电解质和催化剂材料及工作温度。选用不同的电解质、催化剂和工作温度，便构成了不同类型的燃料电池。目前已开发有效的燃料电池有碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体电解质燃料电池（SOFC）以及质子交换膜燃料电池（PEMFC）。其中，PEMFC被很多专家看成最有可能在不久的将来取代汽车内燃机的动力装置。由于其功率密度高，工作温度低，起动性能好，结构紧凑及安全可靠等而被公认为是车载燃料电池的发展方向。
1.4PEMFC的结构和应用典型的质子交换膜燃料电池是由电极、与电极相接触的膜、集流板、冷却剂、护端板组成。电极是由多孔碳纤维纸上涂敷均匀的特氟隆颗粒和催化剂（如柏）粒子构成。铂等贵金属的用量已从最初的5mg/cm2降至lmg/cm2甚至更低。质子交换膜是由含氟化聚合物材料的薄膜制成，有很好的化学性能和热稳定性，透气但不泄漏液体。此膜除了起酸性电解质作用外，还将燃料气体与氧化剂气体分开。集流板由金属、石墨或石墨组件制成。另有盖板作为电池外壳，保护电池。除了上述电池（堆）本体之外，PEMFC还有一个由控制器、氢气循环管及氧和水循环管路组成的辅助系统。
在PEMFC研究方面，加拿大温哥华市的Bal-land动力系统公司处于世界领先水平。该公司在电解膜组成电极，形成单电池。供给阳极的氢，通过多孔电极扩散到可分离成质子和电子的催化层，转化为电能和水。该电池的质量功率很高，达到700W/kg，比“奔驰”公司1994年研制的氢燃料电池高5倍，达到了普通汽车动力的要求，也符合美国能源部的标准。使氢燃料电池的实用化程度迈进了一大步，是对燃料电池研究的新突破。因此该项成果纷纷被世界著名大公司如“奔驰”、“通用”和“马自达”等公司所采用。
据报道，世界首辆适合于日常使用的氢燃料电池汽车已于1997年5月驶上柏林街头。由德国“奔驰”汽车公司制成的这辆氢燃料电池电动汽车，是一辆6座小型客车。氢燃料箱装在汽车顶部，燃料电池置于车内第三排座位下方。总功率为50kW，最篼车速110km/h，一次充氢行驶路程超过250km.此外，宝马汽车公司与西门子公司也雄心勃勃，预言200534年能联手将这一革命性汽车投放市场。
1-5电动车用新型直接甲醇燃料电池PEMFC大都是以氢作为燃料，其它非氢燃料如一氧化碳、甲醇及天然气等，均需通过复杂的重整技术先转化为氢气后方可输人燃料电池发电。能否将燃料不经重整而直接用于燃料电池发电呢，直至近几年美国开发出来的甲醇直接氧化/空气（或氧）燃料电池（简称直接甲醇燃料电池：DMPEMFC）才解决了这一难题，并在短期内取得了长足的进展。
DMPEMFC以甲醇作为负极，空气或氧作为正极，可供质子传导的固体高聚物作为电解质并兼作隔板，将甲醇直接氧化发电。其基本工作原理为：阳不难看出，其主要优点是：1）甲醇可在电池反应中一步生成C02和水，对环境不造成任何污染和污染的再转移；2）燃料可源源不断地加人，无须中断行驶而对电池充电；3）免去复杂的从非氢燃料转为氢的重整设备和低密度氢气储存设备，使电池总体结构更为紧凑；4）效率高，比能量大，寿命长，工作时红外幅射低，无噪音。
DMPEMFC的研究时间不过35年，但受到各国政府的高度重视，成果显著。一年前，电池性能尚处于单电池100mA/cm2放电0.5V的水平，到1996年3月电池的平均性能已提高到200mA/cm2放电，工作电压达0.4V以上。短路电流20003000mA/cm2，功率密度>0.15W/cm2.寿命已从2年前的200h提高到目前的4000h以上。
此外，也有人提出从天然气中制取氢。美国天然气公司说已经通过被称为转化炉的装置，让天然气与密集的热蒸气混合，产生出大量的氢来。但均未取得实质性进展。
2飞轮电池90年代初，“飞轮电池‘’的概念一经提出，便以其能量密度高、体积小、质量轻、充电快、寿命长、无任何废气废料污染等特点，引起世界各国的重视。据介绍，先进的飞轮电池其比能量可达150Wh/kg（镍基电池的23倍）。比功率为500010000W/kg，远远高于一般化学蓄电池和内燃机的比功率（先进化学蓄电池为200400W/kg，内燃机为600800W/kg）。其快速充电过程可在十几分钟内完成且能量储存时间长，即使超快速充电，也无化学电池的损寿问题，整个电池的使用寿命远长于各种化学蓄电池。更重要的是，飞轮为纯机械结构，不会像内燃机产生排气污染，同时也没有化学蓄电池的化学反应过程，不会引起腐蚀，也无废料的处理回收问题。
飞轮电池实际上是一种机/电能量转换和储存装置。它是利用飞轮储存和释放能量的功能作成的一种机械式的蓄电池，即所谓飞轮电池。充电时，飞轮中的电机以电动机的形式运行，在外电源的驱动下带动飞轮旋转，达到极高的转速，从而完成电能―机械能转换的储能过程；放电时，飞轮中的电机以发电机状态运行，在飞轮的带动下，对外输出电能，完成机械能―电能转换的释放过程。
对于车用飞轮电池来说，为增大蓄能量应着重在提高飞轮转速而不是质量和体积上。同时应尽量减少飞轮旋转阻力，降低损耗。据有关计算表明，要想使直径为230mm、质量为13.5kg的飞轮电池达到150W/kg的比能量，必须使飞轮转速提高到15美国在飞轮电池研制方面处于世界领先水平。
美国飞轮系统公司（AFS）采用Kavlar先进碳纤维复合材料绕制成飞轮，并利用其合作者Honeywell公司在制造飞机、特种用陀螺仪方面的高新技术，研制出飞轮电池。该电池的飞轮置于真空鼓中，在磁浮轴承上高速运转，充电后其转速可达20万r/min.利用此飞轮电池以克莱斯勒LHS轿车为原型改装的飞轮电池轿车AFS20.由20节飞轮电池驱动，每节电池直径230mm，质量为13.64kg.电池用市电充电需6h，快速充电只需15min，―次充电行驶路程可达560km，而原型LHS汽油车为520km.其加速性能从096km/h只需6.5s.这种飞轮电池能量密度至少为铅酸电池的56倍，无任何污染，其寿命为321万km左右。进一步的研究将是解决电池在汽车事故中的状态，轴承在坏路上行驶时的可靠性以及振动、自放电等问题。
最近，日本石油公司和横滨雪谷控制研究所共同研制出一种电动车辆用的飞轮电池，其飞轮是控制人造卫生姿势的一种陀螺。飞轮呈现圆锥体形，半径230mm，质量65kg，由轻质碳纤维强化塑料制成。充电后最高转速为3.6万r/min.飞轮在大气中旋转速度为2100r/min，动能的85%可转化成电能。
一次充能行驶路程高达480640km.这种飞轮电池具有与锂离子电池相同或更大的能量密度，并至少16年不需更换。
3超大容量电容器电容器是蓄电器，只是电能释放很快。电动车辆就是利用这个特点，在车辆爬坡和加速时，让超大容量电容器（1001000F）释放大量的电能，和电池一起作功，以满足爬坡和加速时的大功率需要。这种器件的使用将大大改善电动车辆的动力性能，减轻一般蓄电池的负荷压力，延长电池使用寿命，相应也就延长了电动车辆的一次充电行驶路程。
国外，已制造出达到1000F的电容器，比能量可达6Wh/kg，比功率4000W/kg.比能量达2530Wh/kg及充放电次数超过5万次的新型电容器可望实现。
4核电池目前，世界上有部分科学家大胆地提出在电动汽车上使用核电池的设想。
核电池与人们比较熟悉的特种不同，它们不仅规模上相差悬殊，发电原理也不一样（特种是利用裂变能），也不是利用高温篼压下的聚变反应（如氢弹），而核电池是利用射线能量发电。
因此，可以说核电池是利用能量转换机制。大体上可分为直接和间接两种，也可按能量转换过程分为热转换机制和非热转换机制两大类。具体说，目前基本上有以下几种：1）直接充电机制；2）接触势方法；3）辐射伏特效应能量转换；4）磁约束下（3粒子电磁辐射收集机制；5）射线致荧光伏特效应；6）温差发电机制；7）热离子发射机制；8）热机转换机制等。
目前，俄罗斯与美国等已将核电池用于心脏起搏器、无人气象站和无线电话等更为广泛的领域，并且开发出大功率热机制核电源，用于火箭的动力和航天器的电源。因此，可以预计在21世纪，科学家们将会在电动汽车上应用一种长期工作不需维修、篼效大功率、小体积、低成本核电池。
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