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動力電池成本與耐久性難題亟待攻關

發布時間: 2015-11-16 09:04:54    來源: 科技日報
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[摘要]美國《電化學學會會志》日前發表文章指出,不論電池組驅動的純電動汽車,還是燃料電池電動汽車,都存在成本和耐久性挑戰。

 

  美國《電化學學會會志》日前發表文章指出,不論電池組驅動的純電動汽車,還是燃料電池電動汽車,都存在成本和耐久性挑戰。主要技術難點包括:

  鋰離子電池組比能明顯超過0.25千瓦時/千克的電池系統,至今都沒能實現。因此對于中型車市場而言,基于鋰離子電池組驅動的純電動汽車單次充電續航里程超過300公里暫時還沒有理論可能,即便有相關產品問世,價格也是一般消費者難以承受得起的。

  以鋰作為基礎的鋰/空氣或者鋰/氧氣電池系統,目前缺乏穩定的電極組件和電解質材料,無法保證在充放電循環過程中氧氣的再生還原率達到100%。所以未來的基礎研究和材料開發中,要對鋰/氧氣電池的可行性展開進一步的驗證。

  鋰/硫電池組很難獲得理想的比重能量密度,無論采用何種電極材料,鋰/硫電池組可達到的比體積能量密度都大幅度低于傳統鋰離子電池組。為了使得電池單元的比重能量密度具有競爭力,鋰/硫電池組需要相當大的表面積容量(大于4毫安時/平方厘米)和非常高的陰極硫含量(大于60%)。

  在比體積能量密度方面,鋰/硫電池組單元完全比不上傳統鋰電池組。但是考慮成本因素,鋰/硫電池組可能有一定優勢,因為提高生命周期和安全性的附加部件(擴散膜等)價格相對較低。如果固體電解質界面膜被研發出來阻止電解液的持續消耗,應用硅材料取代金屬鋰作為陽極材料,將有可能提高能量密度和延長生命周期。鋰/硫電池組的硅陽極依然是一個開放性問題,涉及到怎樣與鋰相兼容,方法包括工業可行的預處理鋰化工藝,或者用硫化鋰代替硫陰極。

  在過去的十年中,氫氣燃料電池得到了非常大的進步。陰極高活性催化劑理念正將每輛燃料電池汽車的鉑金使用量縮減到10克以下。脫合金化技術加工的新類型鉑/鋁催化劑展示了出色的電壓循環穩定性,達到美國能源部設定的標準?,F在的挑戰是把先進的催化劑理念與高耐久性載體材料結合到一起,以便確保在整個汽車使用期限內燃料電池的性能表現。除此之外,低鉑金負載造成的質量傳輸損失還需要得到更詳細的理解,從而更好地降低損失量。燃料電池介質膜面臨的最主要挑戰是,發掘那些適用于高工作溫度和相對低濕度環境下的材料,幫助簡化系統設計、提高排熱效率以及減小空氣壓縮機的能量損失。

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