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石墨阳极电池和锂电池步入商业化阶段-【新闻】

发布时间:2021-05-28 13:07:28 阅读: 来源:笔筒厂家

石墨阳极电池和锂电池步入商业化阶段

【电力建设与投资产业网】插电式混合动力车和全电动轻型、中型及重型汽车将有潜力取代相当数量的液体燃料汽车。该技术所面临的主要挑战是电池系统的性能和成本。电池系统的性能是由能量密度、功率密度、循环寿命和耐用性等因素决定。在过去5到6年内,研究人员在电池阴极、阳极和电解质等方面的研发已经取得了一系列重要进展,有助于设计出具有微米和纳米级内部结构的柔性导电膜。最先进的石墨阳极电池和锂电池正步入商业化阶段。在未来几年内,能量储存密度为每公斤200瓦时(是现有电池能量密度的2倍)、3个小时内可以完成充电的电池有望得以应用。目前汽车用电池系统的成本为每公斤千瓦时650美元,2030年将降为150美元。

2012年3月美国公布了“EV-Everywhere”计划,将于2022年前建立世界通用的5人乘坐型普通价格电动汽车的量产体系。该计划要求将电池系统的成本降为每公斤千瓦时190到300美元。采用阳极保护材料和非可燃电解质的第三代锂电池,将具有在高压和高温(摄氏55℃)条件下保持稳定性的优势。锂硫电池和金属空气电池,则有望破解锂电池的成本和容量难题,其能量密度是现有锂电池的10倍,但这需要开发出理想的阴极和阳极保护材料、非可燃电解质,以确保电池的电化学稳定性。

通常情况下,电池组自耗电量为蓄电池容量的50%,为保证电池寿命必须限制其充电速度。如能成功开发出可持续监测单个蓄电池的某些特性(如温度、充电状态等)的声纳技术,就可以延长电池的使用寿命并增加其容量。利用能够与由原始设备制造商提供的电池组热管理系统相配套的标准化蓄电池,同样可以降低电池的成本。

燃料电池

相对低价位的燃料电池电动车汽车,具有续航能力远和充电速度较快的优势。近年来燃料电池的成本已经降低,其寿命也已增加,但依然有提升的空间。在氢燃料电池中,铂及铂合金是加快化学反应速度的最为有效的催化剂。铂是唯一能承受电池中酸性环境的金属,但其昂贵的价格限制了燃料电池的大规模应用。自2005年以来,科研人员已经成功地开发出一种新型催化剂,使燃料电池所需的铂仅为目前用量的五分之一。但依然需要进一步减少铂的用量,或开发出能够替代铂、成本更低的其他催化剂。此外,还可以通过采用具有更高温度和更好传导性能的质子交换膜、改进控制系统设计制造(如湿度调节器、压缩机以及热流设计与成本等)来降低燃料电池的成本,提高其效率。

燃料电池汽车的车用储氢器必须具有较高的单位质量储氢密度。美能源部认为,车用高压储氢的单位质量密度至少应为6%,即每立方米储存60公斤氢气。为了满足汽车480公里续航能力的要求,一次需储氢大约4到7公斤。目前小型汽车的车用储氢方式大多采用高压储氢,工作压力为70兆帕(Mpa)的碳纤维储氢瓶是目前家用汽车的最佳选择,其售价大约为3000美元。研究人员正在致力于开发新的材料和制造工艺,以进一步降低储氢气瓶成本。目前正在进行的另一研究方向是,通过采用高表面积材料研究低压吸附储存氢气。

另一个挑战是加氢站的建立和氢气来源。近年来页岩气的大量使用将对运输部门产生重要的影响,低价格的页岩气可能会有助于加快氢气充气站的建设步伐。此外,通过改革商业运作模式(如建立混合发电厂)也可以获取具有经济性的氢气。但从长远来说,必须开发出一种具有成本优势、二氧化碳净排放量低的氢气制取方法。

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