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“新型锂电池”五花八门 分分钟闹革命?

2015-07-09 08:47
seele_jin
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  全固态锂电池:可靠的安全卫士

  电动汽车自燃、手机电池爆炸……随着锂离子电池的大规模民用,关于电池安全事故的新闻不绝于耳,电池使用的安全问题也广受各方关注。不久前,日本丰田汽车公司透露,计划在2020年实现全固态电池的商用化。该公司早在2010年就推出了更安全、寿命更长、功率输出更优的全固态电池原型器件,希望它能在未来取代现有锂离子电池。

  细心的消费者会发现,所有的锂离子电池都标有详细的注意事项,乘坐飞机也有严格的携带限制,这是因为锂离子电池内带有的有机溶剂具有可燃性,有一定安全隐患。如果要彻底保证电池安全,就要把可燃烧的有机溶剂用更安全的不能燃烧的固体电解质替换掉。

  “固态锂电池有可能显著提高电芯的安全性,是未来电池技术的重要方向。”李泓告诉记者,现有的锂离子电池虽然安全性已经很高,但仍会不断出现安全事故。全固态锂电池没有电解液,不易燃烧和爆炸,不会产生液体泄漏和腐蚀,在高温下寿命不受影响,不易变形,电压允许范围更高。

  “更重要的是,现有应用对电池能量密度要求越来越高,在现有技术下,通常电池容量越大越不安全。所以说,全固态电池是一种革命性技术,它可以在保证安全性的同时,提高电池能量密度。”李泓补充说。

  不过,单纯强调安全性并不能把固态电池完全推向市场,性能的提升和成本的降低更加关键。“目前固态电池安全性能更高,但是在其他主要性能上,比如充放电速率上,低温特性上与采用液体电解质的现有锂离子电池有显著的差距。这主要是在固体电解质中离子传输的速度较慢,固体电解质和正负极材料界面的电阻很大,这些问题还没有很好解决,所以快充的特性暂时没有发挥出来。”李泓透露,全固态电池在快充时更安全,目前在日本学界的研究里表示其可以快充,但都还在实验室探索阶段,离应用较远。

  丰田欧洲先进技术小组博士Chihiro Yada指出,全固态电池面临的技术障碍是功率密度不够高,原因在于电池阴极和固态电解质之间的转移电阻过高。因此,全固态电池开发过程中的主要任务就是提高它的功率密度。

  固态金属锂电池的特性使其负极可以使用金属锂,金属锂的容量是目前锂离子电池中石墨负极的10倍,如果能解决金属锂使用和加工过程的安全性问题,用金属锂作负极,用高能量密度材料作正极,电池能量密度会有1至3倍的提升,而提升能量密度又是降低成本的最有效的办法。“虽然固态电池的制造和设计与现有的方式不一样,到底采用哪种工艺和技术路线还没有确定,但可以肯定这是非常有竞争力的技术路线,固态金属锂电池大规模进入市场最快还需5至10年的时间。”李泓预计。

  氢氧燃料电池:汽油的理想替代物

  一次燃料加注仅3分钟,巡航里程超过500公里,百公里加速10秒……随着丰田Mirai氢氧燃料电池车在今年上海车展亮相后,氢氧燃料电池技术一时成为人们热议的焦点,甚至被认为是汽油燃料的理想替代物。

  事实上,日本丰田、本田公司在氢氧燃料电池领域已经研究了30多年,投入了大量资金。早在2014年11月18日,丰田公司就把氢氧燃料电池汽车推向了市场,标志该电池商业化走出了第一步。

  氢氧燃料电池的充电方式其实就是加注氢,形式上和加油较为类似,不过氢氧燃料电池则要环保得多。该电池工作原理是氢气和氧气经过离子膜发生化学反应释放电子,产生电能,从而代替汽油发动机发电,最终驱使电动马达带领车辆前进,而化学反应的产物只有水没有二氧化碳。

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