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首頁新聞資訊行業新聞“助攻”不給力 鋰離子電池又在“偷偷”升級電動汽車續航里程
行業新聞 / Industry news  返回列表
發布時間:2019-04-12

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近年來,傳統內燃機汽車所造成的環境問題和石油資源緊缺使人們將視野投向了新能源汽車。純電動汽車以其能真正實現“零排放”而成為電動汽車的重要發展方向。鋰離子電池憑借其優良的性能,成為了新一代電動汽車的理想動力源。

與一次性鋰電池相比,鋰離子電池屬于二次電池,可以反復充電使用。鋰離子電池還具有重量輕、儲能大、功率大、無污染等特點,在各個領域的應用也越來越廣泛,比如我們平常用到的手機、平板、電動車里的電池就鋰離子電池。

對于一輛電動汽車而言,蓄電池充電設備是其必不可少的裝備之一,也可以說是處于“眾星捧月”的位置,而由于鋰離子電池的優勢,使得它在電動汽車和新能源領域又占據核心地位。

但是目前鋰離子電池電動車的廣泛應用也存在著一些痛點難點,主要是由于鋰離子電池的性能限制,包括鋰離子電池的電池能量密度、安全性、循環壽命、成本、工作溫度和材料供應等。

拿電池能量密度來說,市場上的電動汽車,大多數充一次電能開200多公里(官方叫做續航里程),如果開空調,那么續航里程就會縮短很多。影響續航里程的主要原因就是電池電量和車身重量,如果在目前電池能量密度的基礎上,增加電池的電容量,也會增加車身重量,同時電池體積的增加對汽車空間也是一種挑戰。

總的來說,電動汽車發展目前遭遇瓶頸要歸結于續航里程不足,但這個鍋不能都讓鋰離子電池來背,電動汽車的充電方式也有不可推卸的責任。試問如果有“助攻”,誰還不能打個盹、喘口氣。

電動汽車的充電方式主要分為以下五種:

1. 常規的充電方式。這種充電方式與傳統的電動摩托車充電方式一樣。不過這種方式的充電電流十分有限,只有大約15A左右。通常情況下充電時間比較久。相應的充電器的工作和安裝成本比較低,簡單易操作。由于在充電時只需要將車載充電頭插到停車場或者家用的電源插座上,因此,充電過程一般由客戶自己獨立完成。

2. 快速充電。這種充電方式是以150到400A的高充電電流在短時間內為蓄電池完成充電。相對于常規的充電而言,成本要高。所以快速充電又被稱之為迅速充電或者是應急充電。其目的就是保證電動汽車在短時間快速充滿電。這個時間通常與燃油車加油的時間是近似的。一般多用在大型充電站

目前特斯拉、保時捷、北汽新能源等一眾國內外車企和供應商都在積極研發超級快充技術,像是保時捷首款純電跑車Taycan的800V超級快充,4分鐘即可充入100公里的行使里程。

3. 無線充電。這種方式允許電動汽車在不使用電線或電纜的情況下、通過嵌入在道路和停車位的無線充電源板自動連入電網進行充放電。但是目前該技術還不成熟:設備成本高,需要大量的公共和私人投資,對充電環境要求嚴苛,維修費用大且遠距離傳輸能耗較高

4. 更換電池充電技術。這種技術主要是在蓄電池電量耗盡時,用充滿電的電池替換下已經耗盡點亮的電池,蓄電池回歸服務站。電動汽車只需要跑租借電池即可。不過這種方式需要電動汽車統一電池規格,并且在沒有發展成熟之前,消費者也不會輕易冒險去隨便使用其他電池

5. 移動式充電方式。這是最理想的充電方式。主要的方式是在汽車巡航的時候就能給汽車充電。客戶就沒必要去尋找充電樁,并花費時間去充電。這種充電方式需要MAC系統。并預先將其埋在一段路下面,即充電區。這種充電方式成本巨大,目前仍處在理論研究階段

除了上面的幾種方法,還有人曾腦洞大開提出過修建充電公路的想法,將充電線圈植入公路,形成電磁場,電磁場通過與一個線圈發生反應,為汽車充電。但對現有公路進行改造和安裝必要的基礎設施費用極高,在相當長的一段時間里面,應該不會實現。

無論是傳統的充電方式也好還是新型的充電方式也罷,在現實生活場景中它們要么存在著較大的局限性,要么就還在攻堅克難階段。退一萬步講,就算上述有前景的技術成功落地,也還是離不開鋰離子電池的支持。

舉個例子,目前車用動力電池的充放電倍率多在1-1.2C之間,而如果要達到350kW的快充功率,100kWh的電池就需要達到3.5C的充電倍率,遠高于目前的技術水平。

所以說,目前的充電方式存在的局限加劇了研發容量更大、性能更佳鋰離子電池的緊迫性。

并且綜合各種因素來看,研發出更優秀的電池,提高電池能量密度也是現在最根本有效的解決方案。而且從現實情況來看,這種方法也是完全可行的。

首先從價格來看據彭博社的數據顯示,2010年鋰離子電池組的平均價格為每千瓦時1160美元,去年達到每千瓦時176美元,到2024年可能會跌破100美元。

從市場需求來看(以中國為例):據前瞻產業研究院發布的《中國動力鋰電池行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告》統計數據顯示,2013年我國動力鋰電池總裝機量僅僅為1.5GWh,之后呈現高速增長至態勢。2015年我國動力鋰電池總裝機量增長至17GWh。到了2017年我國動力鋰電池總裝機量達到了36.24GWh。截止至2018年底我國動力鋰電池總裝機量達到56.37GWh。

從鋰離子電池的制造能力來看:據彭博社的數據顯示,在電動汽車產量不斷增長的推動下,僅在過去5年里,全球鋰離子電池的制造能力就增長了近兩倍。目前裝機容量為3022千兆瓦時,計劃在未來五年內再新建603.8千兆瓦時的電廠。

此外,最近還頻頻傳來鋰離子電池容量進一步提升的“捷報”。

納米多孔硅替代電池碳材料,鋰離子電池容量增加50%

據外媒報道,一家荷蘭科技公司推出了E-magy納米多孔硅,據說該材料可以顯著提高鋰離子的吸收率,并能夠解決電池充電循環中發生的膨脹情況。

此類特殊硅材料可用于鋰離子電池的陽極,用于提升電池容量。據該公司所說,E-magy可以增加鋰離子電池陽極容量,甚至可增加行業目標額外50%的容量。增加的容量可以讓電動汽車無需其他電池,就可達到500公里以上的續航里程。

人們都認為使用硅材料取代現今鋰離子電池中的碳材料是實現更大電池容量的解決方案。理論上來說,使用硅材料可將電池陽極容量增加10倍。實際上,由于電池充電期間會產生有害的膨脹效應,電池壽命得到限制,從而使得硅的使用也受到了顯著限制。

該E-magy納米硅材料設計旨在實現在電池充電循環期間吸收鋰離子,得益于其內部的孔隙度,該材料功能類似于海綿吸水,從而可以防止電池陽極外部膨脹,同時使電池容量增加三倍或以上。

中俄科學家成功將鋰離子電池容量提升15%

去年年底,俄羅斯和中國的科學家們與一個工業合作伙伴就一起組成了一支團隊,成功將電池的能量容量提升了15%。

此次科學家們通過向電池陰極添加固體電解質成功將電池效率提高。與液體電解質相比,研究人員成功利用固體電解質將電池容量提高了15%,此外也有助于減輕整個產品的重量。

折疊一下鋰離子電池,容量增加14倍

美國科學家最近研究發現,通過將紙基鋰離子電池進行Miura-ori式折疊,它們的單位面積能量密度和容量將增加14倍之多。

研究人員嘗試使用了簡單的對半式折疊和更復雜的Miura-ori折疊法。研究人員發現,使用簡單的對半式折疊法時,相比平面電池,折疊一次、兩次和三次可以使單位面積的能量密度和容量增加1.9、4.7和10.6倍。

總體而言,在簡單的折疊模式中,折疊后的電池的電化學性能與平面電池相似。折疊電池的庫侖效率高于那些展開的電池,這可能是由于電池在折疊后電極材料與碳納米管之間的接觸增加了。

這項研究成果使人們首次看到了使用折疊法增加鋰離子電池單位面積能量密度和容量的潛力。在將來,隨著幾何折疊算法、計算工具和機器人操縱技術的進步,可能會出現更復雜的折疊模式,并使商業用途的大尺度電池的出現成為可能。

因為低廉的成本、簡單的制造方法和靈活性,紙基電池已經對人們具備相當的吸引力。如果通過折疊的方式能夠進一步提供紙基電池的性能,這可能會導致各種應用的高性能電池的產生。

……

這些利好消息的傳來,無疑是將電動汽車的前景推向一個更光明的未來。

電動汽車作為綠色交通工具,順應當前國際科技發展的大趨勢,同時也符合全球人民一道守護美好家園的心愿。隨著關鍵技術取得進一步重要突破,電動汽車的未來將駛向一片更寬闊的水域。

                                                                                                   來源:前瞻網  


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