突破动力电池困境的技术前瞻

电动出路

突破动力电池困境的技术前瞻

    方案一：给电池装配新技术

    复合材料锂离子电池

    不久前，通用汽车公司和美国能源部下属的阿贡国家实验室达成了一项全球性许可协议，阿贡专利的复合电极材料将助力通用汽车下一代车用先进锂电池研发。阿贡实验室在美国能源部资助下进行了大规模、多元化的锂电池基础研究，此次授权给通用汽车使用的新电极材料技术只是大量专利研究成果中的冰山一角。

    据悉，与现有电池技术相比，采用新型电极材料的下一代电池将具有更高性能、更长寿命和更高的安全性。阿贡的复合电极材料采用独特的富锂和富锰混合金属氧化物以及新颖的材料设计方法，能够延长电荷的工作时间、增加电池使用寿命、提高锂离子单元的内在安全性。这种复合材料还具有超高的稳定性，因而可以采用更高的电压充电（意味着充电时间的缩短）。另外，得益于有效材料单位重量电压与容量的提高，这一复合材料还大幅提高了储能容量，可以有效解决当前锂电池能量低、功率小的缺点，并实现长久以来电池速充的梦想。

    不过，已经上市的通用Volt电动汽车显然已没有机会使用如此先进的复合材料锂离子电池了。让我们期待这项新电池技术的应用。

    纳米电池

    该电池用纳米材料（如纳米MnO2，LiMn2O4，Ni(OH)2等）制作而成。由于纳米材料具有特殊的微观结构和物理化学性能，如量子尺寸效应、表面效应和隧道量子效应等，可以有效提高动力电池密度，降低电池体积，从而提高电池容量。

    LINGTH凌世集团公司研发的纳米电池通过特制的大球磨机及特殊工艺，将电池正极材料、负极材料纳米化，使电极材料的粉末粒度从5微米降至150纳米左右，将电池材料做的更加精细化。在加入导电性良好的纳米碳纤维之后，电池容量可以提高20%左右，充放电性能也提高了30%。

    除了复合材料技术和纳米技术，还有各种催化剂技术、生物技术被大量应用在电池研制领域。这些技术的开发都是以提高动力电池组性能、降低蓄电池使用价格和提高蓄电池使用安全为目标的，新技术的发展让我们看到电动汽车发展的无限希望，这些高新技术能否承担起支撑电动汽车行业前进的重任，让我们拭目以待。

    方案二：电电混合动力

    电电混合动力就是电池1+电池2协同工作的电动汽车。事实上就目前电池技术来看，同等质量下，比能量最好的电池+比功率最好的电池>比能量和比功率兼顾的电池，确实可以达到1+1>2的效果。

    虽然电电混合动力汽车能实现较长的续航里程和较好的加速性能，但是与其他混合动力汽车一样具有控制难度大、产品可靠性差等缺点，并且需要专门的充电设施。不过这些技术难题也正在逐步解决当中，还有比较成熟的油电混合动力汽车（如丰田普锐斯）可做技术借鉴，所以发展前景很大。

    电电混合动力汽车的能量由动力电池向车轮传递，两块动力电池组由专门的控制装置完成控制，不同时刻和不同路况下由控制单元自动完成动力来源的选择。

    方案三：辅助能源

    除了主能量源使用的动力电池，辅助能源对电动汽车的性能影响也颇深。比如现在就流行的液压储能单元、飞轮电池、超级电容器等技术。

    液压混合动力

    液压储能单元可以在不改变传统或者电动汽车底盘结构的前提下，通过在底盘加装一套液压再生驱动总成，使大部分通常被浪费掉的制动能量有效回收利用，并应用在汽车起步和加速上，从而达到节能减排、减少磨损的效果。相对来讲，这项技术是比较成熟的，因为在工业生产中的很多领域都已经使用了液压储能的技术。如果可以顺利实现液压储能装置的小型化、高可靠性和免维护性，相信该项技术发展潜力无限（相关技术解析详见本期“他世界”）。 

    飞轮电池

    飞轮电池，又称飞轮储能器或超高速飞轮，它是利用超高速旋转的飞轮储存能量，并通过机电能量转换装置实现机械能和电能的相互转换。飞轮电池比能量高、比功率高、电能和机械能之间的转化效率高、能快速充电、可实现免维护，现在主要应用在航空航天、电网调峰、风力发电系统的不间断供电及军事等领域，电动汽车领域应用较少。原因之一是在每分钟近万转的旋转下，不能保障汽车和飞轮的安全，原因之二是为了减少飞轮旋转摩擦，现在还无法降低为实现飞轮壳内的真空所带来的成本。

    超级电容器

    超级电容器比能量高，功率释放能力强，清洁无污染，寿命长可达百万次。利用电容器能够储存大量电荷，而且快速、大电流充放电的特性可以为电动车辆的起动提供大的电流，能够高效率地储存电动车辆制动反馈的电能，弥补了动力蓄电池的不足，延长蓄电池的寿命。

    超级电容器在“充电—放电”的过程中，实现电能-电能场-电能的转换，整个过程没有任何化学反应，不需要高速旋转的飞轮，不存在对周边环境的污染，也没有任何噪声，结构简单，质量轻，体积小，是一种更加理想的储能器。超级电容器还能够实现快速充电，在极短时间内即可完成电容器的充电。但是目前所研制的超级电容器需要进一步提高容量，改进电容板的材料，并且对超级电容器放电进行控制，进一步解决智能化控制技术。

    结语

    虽然现在的电池技术还没有达到能与传统内燃机抗衡的地步，但是我们也已经预见到电动汽车发展的巨大潜力。各种新兴技术日新月异，电动汽车的各项性能也在日趋完善。性能更好、续航更短、污染更少、使用费用更低、能源消耗更少，这些是电动汽车发展的终极目标。当然，我们也不能简单的奢求某种单一技术创新就能带来一场整个行业的变革，只有当先进电池技术、自动控制技术、高效电机技术和可靠制造技术共同取得长足进步之后，电动汽车的时代才会真正到来。