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續航瓶頸在哪里:五大“超級電池”技術一覽

發布時間: 2015-07-24 11:22:26    來源: 第一電動網
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[摘要]電池續航力的提升決定著電動汽車的命運,科研人員在追求化學與材料的新發現,車企與電池供應商在合力降低成本增加能量。在不斷涌現的新技術中,替代鋰離子化學成分的各種研究大量投入,有一些成為了熱門應用和解決方案。

  電池續航力的提升決定著電動汽車的命運,科研人員在追求發現新的化學與材料,車企與電池供應商在合力降低成本增加能量。在不斷涌現的新技術中,替代鋰離子化學成分的各種研究大量投入,有一些成為了熱門應用和解決方案。

  一、五大電池技術商業前景可期

  1.麻省理工學院:半固態鋰液流電池

  美國麻省理工學院的研究人員與一家名為24M的衍生公司合作,開發出一種制造鋰離子電池的先進工藝:半固態鋰液流電池,不僅有望顯著降低生產成本,還能提高電池性能,使其更易于回收。

半固態液流電池

  24M公司的創始人是麻省理工學院教授、A123電池公司前創始人之一蔣業明。蔣業明這個名字在電池界很知名,在全球材料科學家中排名66位。算是電池行業的世界頂級專家。他除了搞磷酸鐵鋰電池以外,還與同事于5年前提出了“半固態液流電池”概念,這些年他一直在做商用努力。

  人們不斷尋找正極和負極材料,提升能量密度,干電池、鎳鎘電池還是鋰電池,無論材料怎么升級,傳統電池對活性物質的利用率很低,能夠產生電能的物質被包裹在必須的非活性物質之中。在常見的鋰電池里面,鋰材料只含電池重量的2%左右,這些非活性物質增加了電池成本,降低了活性物質的利用率。因為傳統電池的這些弱點,誕生了液流電池。液流電池可以視為一個獨立的大電池,正負極電解液分別存放,集中反應產生電能。這樣無需昂貴的附加材料,可以大大提升效率。

  既然液流電池這么好,效率這么高,為什么還沒有被廣泛采用呢?因為液流電池的缺點也很多。目前液流電池的濃度有限制,雖然理論上效率比傳統電池要高,但是溶液濃度低、能量密度和功率密度并沒有優勢,價格也不算便宜。溶液本身能量密度就低,再加上裝溶液的罐子、抽送溶液的泵等附加裝置,液流電池整個系統綜合算下來效能就更差。

  所以,蔣業明開發出來了半固態鋰液流電池。這種液流電池不用溶液,用細小的鋰化合物粒子與液體電解液混合形成的泥漿。因為這種泥漿的能量密度可以做的比溶液高,于是液流電池的大容量優勢就有了,在蔣業明在麻省理工寫論文的時候,他的半固態液流電池的能量已經可以達到500WH/L。

  這種電池的原理其實很簡單。電極是細小的鋰化合物粒子與液體電解液混合形成的泥漿,電池使用兩束泥漿流,一束帶正電,一束帶負電,兩束泥漿都通過鋁集電器和銅集電器,兩個集電器之間有一個能透水的膜。當兩束泥漿通過膜時,會交換鋰離子,導致電流在外部流動。為了重新給電池充電,只需要施加電壓讓離子后退穿過膜即可。這樣,它的正極負極的材料利用率比傳統電池高的多,只要一層膜就夠了,用的各種材料也比傳統電池便宜的多。而且,半固態鋰液流電池可以做成柔性的(可以想象成塑料袋包著兩團泥漿),不僅可彎曲、折迭,即使被子彈穿過也不會受損,安全性耐用性都有很大優勢。

  理論上,半固態鋰液流電池的能量密度更高,價格更低,更安全,具有美好的前景。但是,這種東西的原理和結構與現在的電池完全不同,生產線設計、質量控制、測試標準、量產工藝這些東西都得從頭摸索。于是,這些年蔣業明的24M公司就一直在做從實驗室到量產的事情,解決新結構電池量產中遇到的各種問題,逐漸形成了一條手工生產線。到后來,他們手動生產一塊手機電池大小的單元只需6分鐘。經過摸索,團隊對生產工藝反復改進,最終打造出了工業化生產平臺,讓電池的能量密度和生產速度都發生了質的變化。

  24M公司已經在原型生產線制造了約10000塊這樣的電池,部分正在接受3個工業合作伙伴的測試,包括泰國的一家石油公司和日本重型設備制造商IHI株式會社。新工藝已獲得8項專利,另有75項專利正在接受評審。下一步,蔣業明準備啟動第三輪融資,新的資金將用于研發一種機器,能在2-10秒內產出一個電芯。這說明,半固態液流電池已經到了大規模測試階段了,這個階段過了就是大規模量產了。

  液流電池的成本優勢、安全優勢、容量優勢,在我們日常使用的手機、平板上并不突出。反而,這種容量大、便宜、安全性好的電池卻是新能源汽車與家庭儲能的絕配。電動汽車一旦用上這種電池,價格立即就能平易近人,續航里程也會更長,而且這種電池更安全,不怕普通的碰撞,這對電動車的安全性很有好處。

  半固態鋰液流電池也許真的能鬧一場電池革命,也許只要3-5年,電動汽車的世界就會完全不同。

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