16年专注锂电池定制

电动车电池技术的下一步是什么?

来源:钜大LARGE    2018-08-10    点击量:152

特拉斯ModelS车型可能是电动汽车世界的宠儿,但是现在汽车用60或85千瓦时的锂电池发生了几次火灾,美国联邦汽车安全管理部门开始对这款车型进行调查。

这个电池组可以使特拉斯ModelS车在4.4秒内达到每小时60英里的速度,这得益于锂的质量优势,这是一种可以迅速释放大量能量的相对比较轻的物质。但是因为锂非常活跃,需要用很重的物质保护锂电池,以免它爆炸。这就使制造成本增加,也会使汽车的重量增加500磅左右,减少电动车充一次电所能行驶的历程数。而且锂电池可能会过热而导致火灾,所以研究者才会抓紧研究新的电动车电瓶技术。

今年夏天,美国能源部高级能源研究计划组(ARPA-E)拿出了3600万美元,奖励全国提出新的电动汽车电池设计方案的研究者。

镍氢电池:与电动汽车混合

MichaelFetcenko是德国BASF公司的化学工程师,也在研究代替锂电池的新电池,该公司拥有镍氢电池技术的许可。镍氢电池现在主要用于油电混合动力车,但是Fetcenko和他的团队正在利用ARPA-E提供的资金来研究镍氢电池是否也能用于纯电动车。

其中的关键是要降低镍氢电池的成本,和提高电池的能量密度。现在,一个镍氢电池的能量密度是1千万时。但是,为了成为锂电池的可靠替代品,BASF公司必须找到一种方法,把能量密度提升到30到50千万时。

要做到这一点,其中一个方法是找到一些替代品来代替电池中最重要的材料:稀土元素。稀土元素包括元素周期表中的17种化学元素,提供了镍氢电池产生能量所需要的一半的反应。但是,稀土储存能量的能力有限,而且因为必须从中国进口,所以它们的成本和供应量都非常不稳定。

所以,BASF公司正在开发能够用在镍氢电池中的合金。Fetcenko认为,他们可以改进镍氢电池的化学性质,使新的电池更便宜、效率更高。但是对于纯电动车电池来说,锂仍然比镍氢更有优势,因为它更轻。

锌空气电池:从助听器到汽车

MichaelBurz希望下一代大型电动车电池是锌空气电池,他的公司EnZinc两年前从美国海军那个购买了这种技术。购买了锌空气电池技术后,Burz的团队开始努力实现电动车的三项目标:高性能、安全性和低成本。他认为,可以通过改变电池的设计方式来实现这些目标。

“过去100多年,人们一直使用同一种电池结构,”Burz说。这种结构包括三个要素:正极、负极和电解质。

在锂电池中,锂离子通过有机电解质从正极到达负极。但是锌空气电池是用空气作为负极。这意味着EnZinc公司可以在电池中放入更多的正极材料,从而实现更大的能量密度。锌这种物质还有一个优点——它在电池中的副产品是氧化锌,是遮光剂的主要成分。而且,美国是世界上第三大产锌国,美国厂商可以制造安全、低成本、高能的电池。

所以,为什么我们现在还没有使用锌空气电池呢?因为普通的锌空气电池是不能反复充电的。“这是块硬骨头,”Burz说。可携带的锌空气电池早就已经问世了,是用在助听器里面。为了使这种电池可以反复充电,EnZinc公司正在开发一种新的锌空气电池,当氧元素释放出来的时候,正极的锌可以重新生成。工程师已经在实验室里做到了这一点,ARPA-E的资助使他们有机会开发出产品的原型。

精简的同时保持安全

并非每个人都想取代锂电池。某些研究者正在把这个难题当做一个拼图游戏来挑战,专注于解决电池某个方面的问题。例如,OakRidge国家实验室的GabrielVeith和他的同事试图减轻电池周围保护系统的重量。

材料科学家Veith和他的同事则打算开发一种电解质材料,能够同时起到电池安全系统的部分作用。

“在意外事件中,它会发生相位变化,成为一个不可穿透的电池,”Veith说。他希望以此预防因碰撞引发的火灾,Tesla最近发生的火灾就是由于这个原因引起的。他的团队现在面临的挑战是,如何使材料反应得足够快。“如果需要五分钟的时间才发生相位变化,那就没有任何用处了,”他说。“我们希望它是瞬间发生的。”

充电

伊利诺伊技术研究所的CarloSegre想解决这个困扰着电动汽车驾驶者的难题,使充电过程像在加油站给汽车加油一样简便。Segre的团队正在设计一种电池,它包括两个液体的电极,和由悬浮在液体中的纳米粒子构成的电解质。因为电极是流动的,也许有一天就能用给汽车加油的方式来替换电极。

“你要做的就是在充电站熄火停车,”Segre说。“几分钟以后你就可以把车开走,而不需要花很长时间来给电池充电。”

这个项目也得到了ARPA-E的资助,还要花三到五年的时间才能知道是否会成功。Segre说,“这就是ARPA-E这个计划的特点,他们并不是只投资于肯定会成功的项目。”

钜大锂电,16年专注锂电池定制