石墨烯汽车动力电池的好处对比分析

发布时间:
2019/04/30 22:26
铅酸电池
 
纯电动汽车最早使用的是铅酸电池,铅及其氧化物制成作为电极材料,硫酸溶液作为电解液,这是现在大部分电瓶车的动力源,低成本是其最大的优势。不过,因为铅酸电池的能量密度低,从而带来了体积大、容量小等问题,无法满足一台汽车对于自重的控制、驱动力的消耗,乃至每年超过1万公里行程的使用寿命,所以无法大规模用于量产车上,最终被汽车厂商淘汰。
 
镍氢电池
 
镍氢电池是二十世纪九十年代发展起来的一种新型绿色电池,具有高能量、长寿命、无污染等特点,镍氢电池与我们的日常生活很近,从早期的随声听到现在的充电牙刷等小型电器很常见,正极为镍氢的化合物,负极为金属氢化物,其能量密度、充放电次数相比铅酸电池有不小的提升,并且电解液不可燃、安全性有保障,制造工艺成熟,比亚迪在造车之前就是全球第二大的镍氢电池制造商。
 
不过,因为镍氢电池充电效率一般、有充电有记忆效应、工作电压较低(无法使用高压快充),并不适用于汽车的单一动力源,适合辅助发动机工作。这方面做得最好的要属丰田,其混合动力系统采用阿特金森发动机+镍氢电池组,阿特金森发动机本身具备中间转速区间高效的优势,却也有着低转速和高转速疲软的问题,而镍氢电池正好能够解决起步与高速动力不足的一大助力。
 
而从锂电池广泛引用之后,镍氢电池在汽车上也有被完全取代的趋势,如丰田新一代混动系统就采用了更高效的发动机+锂电池组合。相比锂电池,镍氢电池的容量、循环充电的寿命以及环保角度都不占优势,成本的优势也在锂电池大力发展之下被弱化了,这正是镍氢电池逐渐退出汽车领域的原因所在。
 
锂电池
 
锂电池正是现阶段新能源车的主流选择,锂的化合物(锰酸锂,磷酸铁锂等)作为电极材料,石墨作为负极材料,其优势在于能量密度高、体积小、重量轻、充电效率高。决定锂电池类型或者说性能的主要因素,在于电池两极的材料,其中正极的材料是现阶段的关键,如主流的磷酸铁锂、三元材料中的钴酸锂、镍钴锰等,在容量、成本、低温充放电、安全性等多个维度上存在差异。
 
不过无论任何类型,所有锂电池组都会面临低温这个“天敌”。不同锂电池类型的最佳工作温度虽然有一定差异,但低于最佳区间之后伴随而来的锂离子的活性降低,对于续航里程的影响比较大,这在我们此前的测试中也有所体现:搭载锂电池组的电动车,北方冬季实际使用中的续航,普遍只能达到理论续航的60%多,最多也就70%左右。
 
氢燃料电池
 
新能源汽车动力电池的种类
 
大家都知道H2+O2燃烧最终得到的水,所以氢气是非常理想的清洁能源。特点是无污染,无噪音,高效率,就氢气本身来说,燃烧可以释放大量的能量、低温表现上佳,最重要的加氢的效率高,加氢只需5分钟就能行驶超过600公里,时速达每小时140~150公里。并且这个数据还有提升的空间,以上这些都要远远优于现有的锂电池。但是氢燃料电池轿车比同类型内燃机车重200多公斤,贵5倍以上。
 
目前在中国还未普及,究其原因还是一个字 贵。
 
关于氢燃料电池车投入方面,日、韩两国的车企早就开始了研究,如今已经小范围投入到了各自国家的市场中。
 
石墨烯电池
 
对于未来新能源车的动力电池讨论,最靠谱、讨论最多的要属石墨烯电池了,将一些专业角度的解读“翻译”一下就是:用这种材料结合锂电池有两种使用方法,一是用石墨烯的复合材料作为锂电池的导电剂,二是直接用作负极,效果都是增加锂电池的活性,从而提升电动车的续航里程、充电速度。
 
石墨烯电池可以有效解决锂电池的短板,产品特质与新能源车用户使用直接挂钩。这种材质的好处确实大,而且韩国三星也已经对外公布掌握了这项技术,但成本是一大瓶颈,石墨烯的获取不太容易,早期是用于航天领域的一种材料,何时、采用什么方式降低成本,将是这项优质产品“飞入寻常百姓家”的一大难题,各个汽车厂商都还没有公布在这方面发力的计划。
 
简单来说,纯电动车的工作原理是“充电直接用电”,氢燃料电池车则是H2+O2 “烧成”(化学反应)电能和水,相当于“烧氢”来发电。两种“电池”同样都是零排放,电动车锂电池能力密度更小、低温活性差影响续航,充电速度慢的问题,氢燃料电池完全没有,而且工作效率要高出不少,这正是氢被称为优质能源的原因。
 
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