理论教育 电池技术:待突破的瓶颈

电池技术:待突破的瓶颈

时间:2023-06-10 理论教育 版权反馈
【摘要】:与铅酸电池相比,镍氢电池具有不少优点,据认为,其能量密度极限可以提高到65W·h/kg,但这仍然不能满足市场对电动汽车技术性能的实际需要。近年来,锂电池的技术水平虽然有所提高,但离实际使用要求仍然存在巨大差距。此外,锂电池的低温性能差,也是其技术瓶颈之一。

电池技术:待突破的瓶颈

1.基本的技术性能尚难满足实际使用要求

电动汽车动力电池的发展先后大致经历了铅酸电池、镍氢电池锂电池等阶段。铅酸电池的主要优点在于成本低,但能量密度也低,且容易造成铅污染,危害人们的身体健康。现在世界的发展趋势是,不再采用此类电池作为驱动汽车的动力源。与铅酸电池相比,镍氢电池具有不少优点,据认为,其能量密度极限可以提高到65W·h/kg,但这仍然不能满足市场对电动汽车技术性能的实际需要。我国发展镍电池会受到一些客观条件的限制,在我国,镍属于稀缺金属,产量很低,价格高,供需矛盾尖锐,镍类电池的生产一直受制于国外。现时,我国电动汽车上装用得较多的是锂电池。近年来,锂电池的技术水平虽然有所提高,但离实际使用要求仍然存在巨大差距。主要的问题,依然是性能差、有一定安全隐患、寿命低、成本高、自重大等。

按照业界比较普遍的说法,目前锂电池的能量密度为100W·h/kg,成本3~5元/W·h。据认为,若要使电动汽车获得一定程度的实际应用,电池的能量密度至少要在现有的基础上提高3倍左右。有关专家还进一步推算,若电动汽车要具有与传统内燃机汽车相竞争的能力,那么电池的价格就要下降至目前的十分之一,能量密度提高7倍左右。据国内外锂电池专家认为,到2025年,锂电池的能量密度可以达到250W·h/kg,这已是锂电池能量密度的极限值,很难再提高了。从纯粹的技术角度讲,只有电池的能量密度达到1000W·h/kg的水平,才有可能完全取代传统的内燃机而作为汽车的动力装置。电池的能量密度低,意味着汽车动力系统的功率不够。若电动汽车要想获得更长的续驶里程和更高的行驶速度,那么就要装更多的电池组,而此又增加了汽车自重,限制了其更高的速度和更长的续驶里程。这无疑陷入了一个怪圈——即理论上的死循环悖论。

据称,国内制造的质量比较好的动力电池寿命一般为3年左右,循环充放电次数在2000~3000次,与国外先进水平相比还有很大差距。国家“863”电动汽车重大专项动力电池测试中心主任王子冬曾指出,国内外动力电池企业产品差距比较大,从该中心的测试结果看,目前还看不出国内动力电池行业“领先”的迹象。自2005年以来,王子冬所在的测试中心对国内外100多种动力电池进行了检测,对于国内一些电池企业宣称的电池寿命能达到充放电次数5000-6000次以上乃至更多,王子冬表示“我们中心测试过的国内动力电池还没有达到这一水平的。从测试结果看,还是国外企业的电池寿命更长。”电池寿命短带来的直接弊端,就是需要频繁更换,由此提高使用成本。据悉,业界一辆普通电动大客车装用的电池组重约2t,甚至更多,电池成本就占整车成本的40%左右。电池寿命短这种现象往更深一步讲,就是制造这么多又如此贵的电池,使用不多久就遭淘汰,成了无用之物,既浪费资源,又污染环境,危害国家和社会可持续发展。(www.daowen.com)

此外,锂电池的低温性能差,也是其技术瓶颈之一。此种电池对使用环境的温度很敏感,温度一旦低于4℃,电池就不能正常充放电。在此情况下,汽车起动需要预热很长时间才能跑起来,且只能以低速行驶。充电时,又十分困难,甚至根本充不上,如此一来,就会严重损害电池的使用寿命。据有关媒体报道,2011年2月,在北京延庆县投入示范运营的50辆电动出租车,因天气冷而无法加速,只能以低速行驶,遭到公众的不满和指责,给新能源汽车“抹了黑”。国家“863”节能与新能源汽车重大项目监理会咨询专家组组长王秉刚表示,现阶段,我国尚未掌握锂电池的低温技术,即使在北京的冬天,电动汽车的运行也会遇到障碍,更不要说诸如哈尔滨等那些在冬天更冷的城市了。他还认为,磷酸铁锂电池在低温(0℃以下)时,即使有超级电容辅助起动电源,电动汽车也很难正常行驶。

2.基础性理论研究很不够

业界知名专家陈光祖曾指出,虽然我国锂电池相关技术和产品性能在不断提高,但与国外先进水平相比还有巨大差距,在锂电池管理系统和电动汽车整体匹配上,存在一些安全隐患和性能水平的不适应性,这需要从理论和实践上进行计算和探索。锂电池的一致性还存在一定问题,在原材料和零部件的设计、制造与检测水平上参差不齐,人为凶素对产品质量的影响较多。另据业界有关专家分析,国内车用动力电池技术的研发制造等存在两个明显的问题:一是电池制造工艺和设备参差不齐,制造标准不一致,不同批次的电池原材料一致性很难保证;二是动力电池的关键材料(例如隔膜等)目前国内还不能生产,技术被国外垄断,电池的核心部件正极80%以上需要进口。业内有关专家更尖锐地指出,相关部门在电动汽车发展方面存在严重的冒进思想,过于看重市场规模,不注重基础性技术开发与研究。陈清泉院士曾用很专业的语言指出,我国动力电池技术及其研发存在两个不足:首先是缺乏深层次技术,比如电池的化学问题、物理问题、温度问题、结构问题等基础性技术都还没有解决,研究得很不够,没有能够建立数学模型把这些问题搞清楚;二是缺乏评价体系,例如电池的安全性怎样,在高温、低温环境下能不能正常工作,这些都还没有一个正确(准确)的评价。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈