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提升动力电池能量密度方向在哪儿 固态电池更具优势

时间: 2019-11-22 16:54:28

全可靠的性能、更长距离的续驶能力、更短的充电时间、更长的电池寿命……在这些现实需求面前,锂离子动力电池技术仍然面临诸多瓶颈,例如在电池能量密度难以有较大突破的情况下,为了追求长续驶,车上搭载的电池越多车身重量就越大,这极大地影响车辆安全性,并延长充电时间;此外,快速充电在一定程度上会缩短电池使用寿命。

动力电池能量密度的上限是多少?如何兼顾其安全性?有专家认为,解决这些难题,一方面要在技术研发上下功夫,解决锂离子电池能量密度提升及安全性问题;另一方面要在氢燃料电池和固态电池领域寻找出路。

锂电池

能量密度可无限提升?

在锂离子电池方面,很多企业立足现实,在提升能量密度上作文章。“锂离子电池增强能量密度是一个趋势,从理论上看几乎是无止境的。”蜂巢能源科技有限公司总经理杨红新告诉记者,能量密度足够高时电池体积可以大幅缩小,甚至能缩小到只占电动汽车底盘中间通道位置,而且几乎碰撞不到,安全系数也有提高。如其所言,若技术上可以实现,串联所形成的电池包,尺寸大概只有70~80厘米,一改目前常见的铺满底盘的电池模组形式,在提升续驶能力的同时,也改善了安全性能。

锂电池中的电解液可谓是锂电池的“血液”,事关电池的安全与性能。长期从事电解液产品研究与制造的昆仑化学有限公司董事长郭营军表示,昆仑化学通过全新设计的电解液配方,使电解液的性能有了较大幅度提升,而且成本下降18%左右。

“动力电池在能量密度上有非常大的发展空间,潜力无限,值得大家发挥优势,共同去研究,为未来出行提供更强动力。”杨红新告诉记者。

固态电池更具优势

动力电池方面,除了目前常用的锂电池之外,氢燃料电池、固态电池都是有发展潜力的。但是,由于制氢成本较高而且安全性受到质疑,所以进展缓慢,只有固态电池由于具备更安全、更耐用、更小巧等一系列优点,受到业界重视,研发进展较快。

如今,固态电池受到业界广泛推崇。“与锂电池相比,全固态电池热失控温度上限更高,安全性好。”国轩高科动力能源有限公司筑波研究院院长程骞认为,固态电池在-30℃~100℃都可以工作,甚至可以不再需要热管理系统,不需要液冷和强制风冷。

与锂离子电池相比,固态电池有独特的优点:一是安全性比液态锂电池要高得多,可以直接使用金属锂来做负极,更为轻便,体积比锂电池缩小很多;二是固态电池能量密度显著提高,有可能达到目前锂离子电池的两倍以上;三是固态电池可以制成轻薄的柔性电池,可达到数千次弯曲而不影响性能,从而极大拓展了其应用空间。

从目前的情况看,固态电池的研发费用及生产成本还居高不下。如果技术成熟再加上生产成本下降,那就会形成巨大的市场。

据悉,日本、韩国、法国、美国、中国等国家都在研发固态电池。日本更是将固态电池研发提升到国家战略高度。丰田、松下、三星、三菱、宝马、大众等企业都有了一定的固态电池技术储备。

值得注意的是,还有一种新型的质子交换膜燃料电池也吸引了业界的注意。近日,湖南大学材料科学与工程学院黄宏文教授课题组与美国阿克伦大学彭振猛教授合作,研制出一种可用于质子交换膜燃料电池阴极的新型催化剂。这种催化剂不仅兼具优异的催化活性与耐久性,而且成本低廉。这一成果的出现,有望大大降低质子交换膜燃料电池技术的商用成本,推动该类高效燃料电池在电动汽车上的应用。

工信部等四部委2017年印发的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》提出,积极推动固态电池等新体系电池的研究和工程化开发,目标是2020年单体电池比能量达到400Wh/kg以上,2025年达到500Wh/kg。

当前,汽车业身处“新四化”产业变革期,而一切变革的基础是动力电池取得技术突破。新能源汽车的前行之路上,只有解决了动力电池的短板和焦虑,才能使未来出行的世界更美好。