電動(dòng)出路

突破動(dòng)力電池困境的技術(shù)前瞻

    方案一：給電池裝配新技術(shù)

    復(fù)合材料鋰離子電池

    不久前，通用汽車公司和美國(guó)能源部下屬的阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室達(dá)成了一項(xiàng)全球性許可協(xié)議，阿貢專利的復(fù)合電極材料將助力通用汽車下一代車用先進(jìn)鋰電池研發(fā)。阿貢實(shí)驗(yàn)室在美國(guó)能源部資助下進(jìn)行了大規(guī)模、多元化的鋰電池基礎(chǔ)研究，此次授權(quán)給通用汽車使用的新電極材料技術(shù)只是大量專利研究成果中的冰山一角。

    據(jù)悉，與現(xiàn)有電池技術(shù)相比，采用新型電極材料的下一代電池將具有更高性能、更長(zhǎng)壽命和更高的安全性。阿貢的復(fù)合電極材料采用獨(dú)特的富鋰和富錳混合金屬氧化物以及新穎的材料設(shè)計(jì)方法，能夠延長(zhǎng)電荷的工作時(shí)間、增加電池使用壽命、提高鋰離子單元的內(nèi)在安全性。這種復(fù)合材料還具有超高的穩(wěn)定性，因而可以采用更高的電壓充電（意味著充電時(shí)間的縮短）。另外，得益于有效材料單位重量電壓與容量的提高，這一復(fù)合材料還大幅提高了儲(chǔ)能容量，可以有效解決當(dāng)前鋰電池能量低、功率小的缺點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久以來(lái)電池速充的夢(mèng)想。

    不過(guò)，已經(jīng)上市的通用Volt電動(dòng)汽車顯然已沒(méi)有機(jī)會(huì)使用如此先進(jìn)的復(fù)合材料鋰離子電池了。讓我們期待這項(xiàng)新電池技術(shù)的應(yīng)用。

    納米電池

    該電池用納米材料（如納米MnO2，LiMn2O4，Ni(OH)2等）制作而成。由于納米材料具有特殊的微觀結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能，如量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和隧道量子效應(yīng)等，可以有效提高動(dòng)力電池密度，降低電池體積，從而提高電池容量。

    LINGTH凌世集團(tuán)公司研發(fā)的納米電池通過(guò)特制的大球磨機(jī)及特殊工藝，將電池正極材料、負(fù)極材料納米化，使電極材料的粉末粒度從5微米降至150納米左右，將電池材料做的更加精細(xì)化。在加入導(dǎo)電性良好的納米碳纖維之后，電池容量可以提高20%左右，充放電性能也提高了30%。

    除了復(fù)合材料技術(shù)和納米技術(shù)，還有各種催化劑技術(shù)、生物技術(shù)被大量應(yīng)用在電池研制領(lǐng)域。這些技術(shù)的開(kāi)發(fā)都是以提高動(dòng)力電池組性能、降低蓄電池使用價(jià)格和提高蓄電池使用安全為目標(biāo)的，新技術(shù)的發(fā)展讓我們看到電動(dòng)汽車發(fā)展的無(wú)限希望，這些高新技術(shù)能否承擔(dān)起支撐電動(dòng)汽車行業(yè)前進(jìn)的重任，讓我們拭目以待。

    方案二：電電混合動(dòng)力

    電電混合動(dòng)力就是電池1+電池2協(xié)同工作的電動(dòng)汽車。事實(shí)上就目前電池技術(shù)來(lái)看，同等質(zhì)量下，比能量最好的電池+比功率最好的電池>比能量和比功率兼顧的電池，確實(shí)可以達(dá)到1+1>2的效果。

    雖然電電混合動(dòng)力汽車能實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的續(xù)航里程和較好的加速性能，但是與其他混合動(dòng)力汽車一樣具有控制難度大、產(chǎn)品可靠性差等缺點(diǎn)，并且需要專門的充電設(shè)施。不過(guò)這些技術(shù)難題也正在逐步解決當(dāng)中，還有比較成熟的油電混合動(dòng)力汽車（如豐田普銳斯）可做技術(shù)借鑒，所以發(fā)展前景很大。

    電電混合動(dòng)力汽車的能量由動(dòng)力電池向車輪傳遞，兩塊動(dòng)力電池組由專門的控制裝置完成控制，不同時(shí)刻和不同路況下由控制單元自動(dòng)完成動(dòng)力來(lái)源的選擇。

    方案三：輔助能源

    除了主能量源使用的動(dòng)力電池，輔助能源對(duì)電動(dòng)汽車的性能影響也頗深。比如現(xiàn)在就流行的液壓儲(chǔ)能單元、飛輪電池、超級(jí)電容器等技術(shù)。

    液壓混合動(dòng)力

    液壓儲(chǔ)能單元可以在不改變傳統(tǒng)或者電動(dòng)汽車底盤結(jié)構(gòu)的前提下，通過(guò)在底盤加裝一套液壓再生驅(qū)動(dòng)總成，使大部分通常被浪費(fèi)掉的制動(dòng)能量有效回收利用，并應(yīng)用在汽車起步和加速上，從而達(dá)到節(jié)能減排、減少磨損的效果。相對(duì)來(lái)講，這項(xiàng)技術(shù)是比較成熟的，因?yàn)樵诠I(yè)生產(chǎn)中的很多領(lǐng)域都已經(jīng)使用了液壓儲(chǔ)能的技術(shù)。如果可以順利實(shí)現(xiàn)液壓儲(chǔ)能裝置的小型化、高可靠性和免維護(hù)性，相信該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展?jié)摿o(wú)限（相關(guān)技術(shù)解析詳見(jiàn)本期“他世界”）。 

    飛輪電池

    飛輪電池，又稱飛輪儲(chǔ)能器或超高速飛輪，它是利用超高速旋轉(zhuǎn)的飛輪儲(chǔ)存能量，并通過(guò)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能的相互轉(zhuǎn)換。飛輪電池比能量高、比功率高、電能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化效率高、能快速充電、可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，現(xiàn)在主要應(yīng)用在航空航天、電網(wǎng)調(diào)峰、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的不間斷供電及軍事等領(lǐng)域，電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)用較少。原因之一是在每分鐘近萬(wàn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)下，不能保障汽車和飛輪的安全，原因之二是為了減少飛輪旋轉(zhuǎn)摩擦，現(xiàn)在還無(wú)法降低為實(shí)現(xiàn)飛輪殼內(nèi)的真空所帶來(lái)的成本。

    超級(jí)電容器

    超級(jí)電容器比能量高，功率釋放能力強(qiáng)，清潔無(wú)污染，壽命長(zhǎng)可達(dá)百萬(wàn)次。利用電容器能夠儲(chǔ)存大量電荷，而且快速、大電流充放電的特性可以為電動(dòng)車輛的起動(dòng)提供大的電流，能夠高效率地儲(chǔ)存電動(dòng)車輛制動(dòng)反饋的電能，彌補(bǔ)了動(dòng)力蓄電池的不足，延長(zhǎng)蓄電池的壽命。

    超級(jí)電容器在“充電—放電”的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)電能-電能場(chǎng)-電能的轉(zhuǎn)換，整個(gè)過(guò)程沒(méi)有任何化學(xué)反應(yīng)，不需要高速旋轉(zhuǎn)的飛輪，不存在對(duì)周邊環(huán)境的污染，也沒(méi)有任何噪聲，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，體積小，是一種更加理想的儲(chǔ)能器。超級(jí)電容器還能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電，在極短時(shí)間內(nèi)即可完成電容器的充電。但是目前所研制的超級(jí)電容器需要進(jìn)一步提高容量，改進(jìn)電容板的材料，并且對(duì)超級(jí)電容器放電進(jìn)行控制，進(jìn)一步解決智能化控制技術(shù)。

    結(jié)語(yǔ)

    雖然現(xiàn)在的電池技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到能與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)抗衡的地步，但是我們也已經(jīng)預(yù)見(jiàn)到電動(dòng)汽車發(fā)展的巨大潛力。各種新興技術(shù)日新月異，電動(dòng)汽車的各項(xiàng)性能也在日趨完善。性能更好、續(xù)航更短、污染更少、使用費(fèi)用更低、能源消耗更少，這些是電動(dòng)汽車發(fā)展的終極目標(biāo)。當(dāng)然，我們也不能簡(jiǎn)單的奢求某種單一技術(shù)創(chuàng)新就能帶來(lái)一場(chǎng)整個(gè)行業(yè)的變革，只有當(dāng)先進(jìn)電池技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、高效電機(jī)技術(shù)和可靠制造技術(shù)共同取得長(zhǎng)足進(jìn)步之后，電動(dòng)汽車的時(shí)代才會(huì)真正到來(lái)。