探索改進(jìn)電動(dòng)汽車電池技術(shù)的方法

特斯拉ModelS是電動(dòng)汽車世界的新寵，但最近它持續(xù)引發(fā)了三起火災(zāi)(包括60千瓦時(shí)和85千瓦時(shí))，起火原因仍在調(diào)查中。

得益于新技術(shù)和輕質(zhì)材料，ModelS的電池組可以在4.4秒內(nèi)加速到每小時(shí)60英里。也因?yàn)檫@些材料的逼真性，鋰離子電池在汽車上要有全方位的保護(hù)方法。它的鋰離子電池組重500磅，安裝在汽車的底盤上，與軸距差不多寬，比軸距略短。電池組的實(shí)際物理尺寸為:長2.7米，寬1.5米，厚0.1-0.18米。0.18m的較厚部分是由兩個(gè)電池模塊疊加造成的。這個(gè)物理比例是指整個(gè)電池組的大小，包括上下、左右、前后的包裝面板。電池組的結(jié)構(gòu)是一個(gè)總圖，除了18650型電池，其他合適的電池也可以安裝。此外，電池組采用密封方法，與空氣屏障，大部分材料是鋁或鋁合金。可以肯定的是，電池不僅是一個(gè)動(dòng)力中心，也是ModelS底盤的一部分，有一個(gè)堅(jiān)固的外殼來支持車輛。

但它仍然著火了，這就是為何研究人員要加速開發(fā)一種用于電動(dòng)汽車的新電池技術(shù)。

今年夏天，美國能源部的高級研究項(xiàng)目apra-e出資3600萬美元，幫助為下一代電池奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其中包括22個(gè)技術(shù)項(xiàng)目，所有這些項(xiàng)目都旨在提高電動(dòng)汽車的效率，降低其成本。

鎳氫電池:從混合動(dòng)力汽車到純電動(dòng)汽車

巴斯夫的化學(xué)工程師MichaelFetcenko是眾多電池研究人員中的一員，在apra-e的資助下，他們正試圖將用于混合動(dòng)力汽車的鎳鋅電池技術(shù)推廣到純電動(dòng)汽車上。

一般來說，鎳氫電池的能量密度為1千瓦時(shí)/公斤。要將它們用于純電動(dòng)汽車，巴斯夫必須將鎳氫電池的能量密度提高到30-50千瓦時(shí)/公斤。運(yùn)行成功的關(guān)鍵是將鎳氫電池的能量密度提高到所需值，降低成本。

結(jié)束這一政策的一個(gè)方法可能是替換電池中所需的稀土元素。稀土元素是一個(gè)總稱。其中稀土元素有17種。稀土元素之所以被稱為稀土元素，并不是因?yàn)閮?chǔ)量小，而是因?yàn)樗鼈冎匾嬖谟诘V山中，開發(fā)過程會(huì)耗費(fèi)大量資金。在傳統(tǒng)的鎳氫電池中，超過50%的能量是由稀土元素的反應(yīng)出現(xiàn)的。然而，這類元素的儲(chǔ)量很差。

為了解決這個(gè)問題，basf試驗(yàn)使用低成本的金屬氫化物合金。菲岑科教授認(rèn)為，這種材料可以改善鎳氫電池的化學(xué)性質(zhì)，降低成本。但就純電動(dòng)汽車而言，提高鎳金屬氫化物電池的化學(xué)性能不足以取代鋰離子電池。鋰離子電池還有一個(gè)重要特點(diǎn):重量輕，密度小。

鋅空氣電池:從助聽器到汽車

加利福尼亞的EnZinc公司認(rèn)為鋅空氣電池將引領(lǐng)下一代電動(dòng)汽車電池技術(shù)的發(fā)展。領(lǐng)導(dǎo)該公司研究團(tuán)隊(duì)的邁克爾伯茲(MichaelBurz)表示，下一代電動(dòng)汽車電池應(yīng)該由三部分組成:高性能、安全性和低成本。他和他的團(tuán)隊(duì)正試圖改變電池的布局，做到這三件事。

他指出，電池的結(jié)構(gòu)已經(jīng)有100多年沒有改變了，人們?nèi)匀粵]有跳出固有的思維模式。電池結(jié)構(gòu)由三個(gè)元素組成:正極、負(fù)極和電解質(zhì)。正極釋放電子，負(fù)極接受電子。陽極和陰極由電解質(zhì)隔開，電解質(zhì)作為離子自由運(yùn)動(dòng)的介質(zhì)。

在鋰離子電池中，鋰離子從鋰氧化物正極移動(dòng)到碳基復(fù)合負(fù)極，并使用有機(jī)電解質(zhì)。另一方面，鋅空氣電池在正極使用碳來吸收空氣中的氧氣，在負(fù)極使用鋅合金。總的來說，鋅仍然是一種良性物質(zhì)，它在電池中的副產(chǎn)品是氧化鋅，而氧化鋅是防曬霜的重要成分。

通過以上方法，鋅空氣電池可以完成高效、低成本和安全三大特點(diǎn)。