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新型技术助力动力电池性能提升 你认为哪个离产业化更近?

来源: | 作者:admin | 分类:新闻 | 时间:2016-06-22 | 浏览:2327
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发展新能源汽车似乎已经成为全球范围的共识,无论是各国政府还是各大国际车企,都对其寄予厚望。

  2015年,全球电动汽车销售量达55万辆,较2014年的32.4万辆增加70%。其中,纯电动汽车销量为32.8万辆、插电式混合动力车(PHEV)为22.2万辆。

  尽管这样的增长速度并不算慢,但事实上,整个电动车的市场占比还微乎其微,要想真正推动其大规模的市场化,注定还要迎接来自技术和市场的双重挑战。这其中,安全性、续航能力、充电速度可以算作眼前最为直接也最难跨越的阻碍。

  围绕于此,从研究机构到材料企业,从电池企业到整车企业,一大批勇于开拓的企业前赴后继,不惜投入巨大的财力、物力和人力对三座大山进行攻坚克难,他们有的聚焦于新型电池的研发,有的专注于新材料的应用,还有的则侧重于生产工艺的革新。条条道路通罗马,他们通过不同的路径,但都有一个共同的目标:摆脱动力电池的现实瓶颈。

  高工锂电网盘点了自上半年以来,包括丰田、日产、日立等国际企业以及海内外一些科研机构在电池领域的最新进展,希望能对读者有所裨益。

  1. 丰田日产锂电池大变革 提升电动车续航里程

  为使电动车获得更长的续航里程,日本丰田与日产正致力于研发电池技术,5月丰田与日产分别宣布了研发成果,其新一代密集能源贮备电力组可为电动及混动汽车提供持续时间更长的驱动力。

  丰田汽车公司正在研究以镁电解质取代当前锂离子电池中使用的锂电解质,他们已经寻找到一种方法,通过利用储氢器中所使用材料来制造镁电解质,其可能需要20年的时间来使这一技术大规模投入利用。

  而日产采用的技术手段是——在电池中掺进一种叫做“非晶一氧化硅”的添加剂,以提升锂离子电池能量储存容量。这种化学物质可使电池保留更多的锂离子,从而提升电池总体性能。

  2. 安普瑞斯建成世界首条锂电池硅纳米线负极生产线

  5月22日,安普瑞斯公司完成锂离子电池硅纳米负极生产线制备并投入中试生产。这是世界上第一条、也是唯一一条双面连贯印刷式、高精度、3维纳米线生产线。这条生产线的建成初步实现了高容量硅纳米线负极的规模生产。

  目前,安普瑞斯含硅纳米线负极的电池可以达到800-1000Wh/L和320-400Wh/Kg(取决于电池的容量和体积)。公司的硅纳米线负极电池已经在无人机,穿戴设备,电动汽车和军用装备上试用和使用。

  3.日本日立开发出高放电能力的混合动力车用锂电池

  日本日立公司发布新型48V电池包系统,由12个5.5 Ah方形电池单体组成,具有优良的低温特性,其放电能力是该公司之前混合动力车载锂离子动力电池放电能力的1.5倍,10秒钟放电功率高于10kW,10秒钟充电功率高于13kW。

  目前市场上的48V系统主要用于微混和弱混合动力汽车,此次日立开发的锂离子电池组进一步开拓了48V系统在混动汽车领域的应用。

  4.日本新型锂电池充电速度大幅提升

  日本钟化公司与爱知工业大学的研究小组开发出了充电速度提高100多倍的锂离子电池。

  这种锂电池将碳纳米管混入被称为TOT的有机分子中,作为正极材料。由于增加了电子数量,提高了导电速度,就可以更高效地充放电。

  这种直径1厘米纽扣大小的锂电池经过每次充电30秒,且充放电5000次,性能也没有下降。需要大容量电池的电动汽车如果使用这种电池,可以大幅缩短充电时间。

  新开发的锂电池也可以实现强电流流通,因此不需要电容器。电动汽车若使用这种电池,可以降低成本,提高加速性能。

  研究人员争取5年内在便携式终端和电动汽车领域使用这种电池。

  5.日本利用新涂层工艺使锂电池容量增倍

  日本积水化学工业株式会社宣布开发出了一种全新的锂离子蓄电池。

  积水化学通过利用自身的原材料技术开发出了全新高性能凝胶型电解质,该种电解质可以显著提高锂离子的导电性能。另外,通过进一步采用高容量硅负电极材料,全新锂离子电池不仅电池容量显着提高,其外观也变得更加纤薄、柔软、覆盖面积大。同时,该全新锂离子电池质地柔软、可塑性强,因此可应用于汽车、房屋、家电等多个领域的市场中。

  积水化学表示,一旦这种全新的锂离子电池成功通过测试,那么未来将会应用到包括混合动力汽车、太阳能房屋等多个领域的市场中。

  6.加州大学开发出新型锂电池正极材料 充电速度快16倍

  加州大学河滨分校的一组研究人员开发出了一种新架构的硅阳极,应用在锂电池中可以使充电过程快16倍。新的设计构建于3D结构的锥形碳纳米管材料之上。可以使电池比原来轻40%,却能携带比原来多60%的电量,将使充电速度快16倍左右。

  研究人员首先构建了一层石墨烯薄片,并在此基础上使用柱状碳纳米管构建了柱状的纳米结构。最后他们使用温和的电感耦合等离子体使之柱状纳米管变成锥形结构,最后他们将非晶硅沉积在上面。

  这种电池技术如果能够批量生产,将对智能手机和电动汽车行业影响巨大。

  7.复旦大学提出新型锂电池体系 能量密度高成本低

  复旦大学化学系、新能源研究院夏永姚教授课题组首次提出一种新型的锂离子(钠离子)电池体系,该体系正极采用一种含有碘离子、锂离子/钠离子的水溶液,负极采用一种固态有机聚合物,电解质采用硝酸锂或硫酸锂的水溶液,聚合物离子交换膜作为隔膜将液态正极和固态负极分隔开。

新型电池工作原理与传统的锂离子电池相似:正极反应基于溶液中I3-/I-电对的氧化还原,负极反应基于聚酰亚胺上羰基的可逆烯醇化反应,锂离子/钠离子聚合物交换膜为电池隔膜,充放电过程中伴随着锂离子Li+(或钠离子Na+)在正负极之间的迁移。

与传统电池有限的循环寿命和功率密度相比,该体系中电池的正负极电极反应均不涉及离子在固体材料中的扩散及其由此引起的充放电过程中电极材料的体积,能够将电池的高能量密度和电容器的长循环寿命与高功率密度有效地结合起来。电池在0-1.6V的电压窗口之间充放电,可以循环高达50000次,这远远超过了传统可充电电池的循环寿命(<10000次)。

  这种新型的锂离子(钠离子)电池体系中所有的组分都是环境友好无污染的。而且该电池体系中电极反应并不涉及金属元素的氧化还原,这也大大降低了电池的制造成本。

  该电池具有能量密度高、功率密度大、循环寿命长、安全性高、成本低等优异的性能,将来可望用于风力、太阳能发电等能量储存、智能电网峰谷调荷等。

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