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铝空气电池吸引特斯拉?炒作引发锂电危机

2014-06-14 00:01
铁马老言
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  铝空气电池迎商业化契机

  铝空气电池将成未来电池方向据媒体报道,日前在2014年亚特兰大先进汽车电池会议(该会议于2014年2月3日-7日于美国亚特兰大举行)上,美国铝业公司与以色列Phinergy公司就Phinergy铝-空气电池的进一步研发问题签订了联合开发协议。

  铝空气电池作为非充电电池,早在20世纪60年代便已问世,并具有非常高的能量密度。铝空气电池由催化空气阴极、电解质和金属铝阳极组成,其理论能量比为8.1千瓦时/千克,仅次于锂-空气电池的13.0千瓦时/千克。然而,由于铝空气电池在放电过程中阳极腐蚀会产生氢,这不仅会导致阳极材料的过度消耗,而且还会增加电池内部的电学损耗,因而严重阻碍了铝-空气电池的商业化进程。以往解决以上问题的方法主要是将高纯度金属铝中掺杂特定的合金元素以提高金属铝阳极耐腐蚀性,或者在电解质中添加腐蚀抑制剂。

  美铝公司执行副总裁兼首席技术官Raymond Kilmer博士最新表示,美铝公司在技术材料方面具有非常广泛的专业知识,并且在新产品商业化方面具有丰富的经验,此次将Phinergy铝空气电池商业化对于Phinergy公司而言也非常具有吸引力。目前,汽车行业正在寻求一种可以替代传统汽油的全新零排放无污染能源,而Phinergy铝空气电池可以保证汽车具有良好的巡航里程,因此该Phinergy铝-空气电池是最有可能替代传统汽油实现零排放无污染的新能源。

  Phinergy公司方面表示,已开发出一种金属铝阳极专有生产工艺,该工艺可以提高金属铝的能量利用,并降低不必要的化学反应能量消耗。Phinergy公司还表示,其还开发了一套先进的电池管理系统,目的是为了提高电池的能量利用。Phinergy铝空气电池的空气阴极配备有专用的银基催化剂,其采用了独特的创新结构,该结构可以使氧气顺利通过,而可以将二氧化碳阻隔在外。通过该创新结构,Phinergy铝空气电池的空气阴极可以有效避免电极的碳化问题,工作寿命也因此可以达到数千小时。Phinergy铝空气电池工作时,其内部的金属铝反应变为氢氧化铝。而氢氧化铝可以经过铝厂加工进行回收利用,这样便可以实现可持续利用。

  根据Phinergy公司介绍,Phinergy铝空气电池中共包含50块铝板,其中每一块铝板所产生的能量都可以单独驱动汽车行驶20英里,因此整个Phinergy铝空气电池的续航里程可以达到1000英里(约合1600千米)。另外,Phinergy铝空气电池也已经成功集成应用到了电动汽车展示中。除应用在电动汽车行业中外,Phinergy还表示其金属空气电池还可以应用于固定能源应用,如医院、数据中心用商业应急发电机,通用发电机以及可移动房屋、无人驾驶汽车等国防应用等。

  特斯拉专利瞄准金属空气电池电动汽车最大的发展瓶颈来源于电池技术,因为电动汽车普遍存在充电时间长、行驶距离短等致命缺点。

  不过这些致命缺点正在被攻克,一个叫Tesla Motors的公司最新泄漏的专利显示,其已经在汽车电池领域获得重大突破。据媒体报道,该专利描述了此电池组由锂离子和金属空气电池(lithium-ion and metal-air)组成,充一次电可以让汽车行驶距离达400英里(约合650公里)。而英文字母E代表经济性,特斯拉Model E被寄予了铺平电动汽车大规模应用道路的厚望,预计这款电动汽车的售价为3万美元,续航里程将达200英里。

  另外,据外媒报道,特斯拉汽车公司于2010年12月8日提出了“电动汽车增程混合动力电池组系统”的专利申请,2013年6月25日美国专利局审核通过。这套混合动力总成不会配有汽油发动机,该专利所指的混合动力系统实际上是从电到电,使用两种类型的电池,从理论上讲能够给予电动汽车更长的续航里程。

  据介绍,特斯拉的“增程混合动力电池组系统”包含标准的锂离子电池组、控制器和常规电动机。复杂的是,还另配有一个金属空气化学电池组。锂离子电池组直接给车供电,金属空气电池组为锂离子电池组提供电能。在特斯拉的专利设计中,金属空气电池组基本上取代了增程式内燃机。金属空气电池能量密度高,能储存更多的电能,理论上可以起到增程的作用,但其功率密度相对较低。

  业内人士表示,电动汽车要成为真正的主流产品,电池技术需要取得巨大飞跃。目前仍未跨过续航里程短、充电时间长、电池成本高三座大山,这意味着电动汽车不能平民化。特斯拉未来计划推出的Model E正是一款针对普罗大众的电动汽车产品。因此,特斯拉需要将电池成本压缩到比现在更低的水平。

  据悉,特斯拉所使用的高能量密度锂电池有一个巨大的缺点,即循环寿命低(500次循环周期),一个周期被定义为电池额定千瓦时的完整放电循环过程。而沃蓝达(Volt)利用了额定功率的65%,每次完全放电使用了0.65生命周期。也就是说,特斯拉利用的电池额定功率接近90%,以85千瓦时版Model S为例,其单次充电续航里程为300公里,每次完全放电使用了0.9生命周期;行驶到10万英里时,电池会放电333次;放电深度(DOD)达到90%,相当于300次循环,可轻易达到500次的循环周期。而沃蓝达单次充电的续航里程仅为38英里,行驶到10万英里时,电池循环周期必须达到1710次,比特斯拉高出很多。

  有业内人士指出,特斯拉的“专利”无非是一个混合动力电池,类似沃蓝达的电池,可满足日常驾驶(通常不超过40英里),每天需要充电。根据驾驶习惯统计,增程电池很少被使用,因此可以是循环寿命很低的化学成分。而且增程电池不一定必须由金属空气构成,可以是任何能量密度高、循环寿命低、成本低的化学成分。因此,特斯拉的“增程混合动力电池组系统”只是一个延伸的理念,该理念是否可取,还需看特斯拉Model E电动汽车的表现。

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