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美国奖励新研究 电动车电池技术的下一步是什么?

2013-12-31 10:26
瑾年Invader
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  特拉斯Model S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Model S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

  Michael Fetcenko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

  Michael Burz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。

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