電動車和電動自行車用的幾種清潔電池

　　氫鎳電池

　　電池應(yīng)該首推呼聲較高的氫鎳電池。氫鎳電池起源于二十世紀(jì)60年代初，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，金屬氫化物在常溫下能大量吸收氫或釋放氫�；�于這個特性把金屬氫化物作為負(fù)極材料，開發(fā)了氫鎳電池，也就是說氫鎳電池是鎘鎳電池的基礎(chǔ)上把儲氫材料代換了金屬鎘，人民認(rèn)為氫鎳電池沒有了金屬鎘就變成了清潔電池，也就是綠色電池。
氫鎳電池。

　　它的特性首先是能量密度比較高，它是鎘鎳電池的的1.5~2倍，比能量可達(dá)到95瓦時/千克，比功率可以達(dá)到900瓦/千克，電池的電壓1.2~1.3之間，與鎘鎳電池相當(dāng)�？梢苑奖愕拇鷵Q使用。另外，氫鎳電池記憶效應(yīng)不明顯，無毒，不會對環(huán)境造成污染，不使用貴金屬，可以密封。耐過沖放電的能力強(qiáng)，循環(huán)壽命80%深度放電的時候超過1000次。

　　我國對氫鎳電池的研究投入了大量的資金，使它成了自主開發(fā)的“863計劃”最成功的例子。2003年8月，國家經(jīng)貿(mào)委組織召開了高能動力氫鎳電池的鑒定會，電動自行車充電行駛了80千米。

　　它現(xiàn)在的主要問題是：

　　價格太高。美國能源部對氫鎳電池的規(guī)劃成本是每千瓦時250美元，目前差距還比較大。與鉛酸電池相比，它的行駛里程增加了18%、車重減少了12%、整車的價格增加了45%，因此影響了在電動車上的推廣。

　　組合電池常常有2030節(jié)電池串聯(lián)組成。對于每個單體電池各項性能指標(biāo)的均勻性要求都比較高，特別是在高速(High Speed)率深放電的情況下，單體電池之間的容量和變壓差會更大，因此對均勻性的要求更高。

　　自放電現(xiàn)象比氫鎳電池大。

　　鋰離子電池

　　鋰離子電池是90年代出現(xiàn)的新型電源體系。鋰離子是用鋰離子化合物作為負(fù)極。鋰離子電池的特點：鋰離子電池的工作電壓3.6伏，比鎘鎳電池和氫鎳電池（1.2~1.3伏）高出3倍，體積小，質(zhì)量輕，重量僅是氫鎳電池的1~2倍。無記憶效應(yīng)、它具有無污染、自放電少、壽命長的特點。因此是二十一世紀(jì)的理想能源。

　　幾年來，鋰離子電池作為動力電池發(fā)展很快。它在比能量、壽命長等方面有突出的優(yōu)點。大家對鋰離子電池是否存在安全隱患很關(guān)注。原來鋰離子電池發(fā)生過幾次爆炸事故，那時由于金屬鋰作為負(fù)極造成的�，F(xiàn)在的鋰離子電池的負(fù)極材料采用了嵌入和脫嵌鋰離子的電極材料，代替了過去的金屬鋰電極，基本上解決了以前的問題。

　　鋰離子電池還有一個有利的地方的是，我國政府予以高度重視。我國在“九五”期間，將電動汽車列入了重大的產(chǎn)業(yè)化工程項目，在“十五”期間又把它列入了高新技術(shù)“863計劃”重大專項。燃料電池、氫鎳電池、鋰離子電池這樣一些相關(guān)材料的研究和開發(fā)，得到了政府的大力支持，“十五”期間將實現(xiàn)混合動力電動汽車批量生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化，對推動電動汽車的發(fā)展，建設(shè)我國動力電池與相關(guān)材料的產(chǎn)業(yè)化十分有利。最近，國家發(fā)改委又決定支持我國鋰離子動力電池的產(chǎn)業(yè)化示范基地建設(shè)，會進(jìn)一步推動我國鋰離子動力電池的發(fā)展。

　　據(jù)北京奧運(yùn)會的計劃，到2008年北京至少要發(fā)展1000輛電動汽車。一輛電動公共汽車至少要100安時電池400多塊，總?cè)萘窟_(dá)到4萬多安時，僅這一項動力電池的需要就可能達(dá)到4000多萬安時，只這一項的產(chǎn)值就達(dá)到4億多人民幣。電動汽車、電動摩托車、電動高爾夫(Golf)車，公共場所的電動載人載貨車等，對于鋰離子電池的需求數(shù)量是非常巨大的。比較起來它的性能是非常突出，作為電動汽車的電池，如果一噸重的汽車，負(fù)荷32前面/小時，鉛酸電池可以形式80千米，鎘鎳電池可以行駛150千米，鋰離子電池就可以行駛320千米，因此，從各種情況來看，鋰離子電池是具有非常大的發(fā)展?jié)摿�。它的不足的一面是價格高，安全性的問題正在逐步得到解決。

　　鋅空氣電池

　　鋅空氣電池是當(dāng)前電池領(lǐng)域的最有希望的科技產(chǎn)品，被稱為面向二十一世紀(jì)的綠色能源。鋅空氣電池的特性：首先具有高比能量，理論體能量是1350瓦時/KG，實際上已經(jīng)達(dá)到了220~300瓦時/KG，這是目前已經(jīng)運(yùn)用的最高的能量。第二，工作電壓平穩(wěn)。第三，清潔、安全、可靠。第四，荷電量大。該電池是鉛酸電池的五倍。在電動摩托車上試驗，鋅空氣電池一次充電可以行駛300千米。鋅空氣電池的充電，主要是鋅電極。現(xiàn)在鋅電極主要采取兩種辦法，一種是機(jī)械更換式，把鋅電芯取出來重新?lián)Q上鋅電極，這個過程大約是10分鐘。另一種是可棄式。它的特點是，反應(yīng)物儲存在電池外，因為鋅空氣電池在同樣的情況下，能儲存更多的反應(yīng)材料，與普通的電池相比，它的能量就會高出很多，成本更低。以手機(jī)電池為例，以氫鎳電池相比和鋰離子電池相比，鋅空氣電池通話的時間可以增加5~10倍，待機(jī)時間可以在45天以上。鋅空氣電池的重量比鋰離子電池還要輕，成本還要低。

　　目前鋅空氣電池存在的問題：

　　第一， 鋅電極直接氧化。因為，空氣電極直接暴露于空氣�？諝饫镞叺难蹙腿苡陔娊庖�，穿透到鋅電極，就使得鋅電極直接被氧化、鈍化，活性降低。

　　第二， 鋅電極在堿性溶液里，溶解腐蝕，產(chǎn)生鋅晶造成短路。

　　第三， 空氣電極催化活性偏低。采用鉑等催化物價格太貴，換成了碳黑、石墨和二氧化錳的混合物，雖然成本降低了但活性也隨之降低，電解液容易碳酸化，電池的壽命也降低了。

　　燃料電池

　　燃料電池它是一種燃料和氧化劑化學(xué)能高效轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置，它與常規(guī)的電源不同，它的燃料、氧化劑不是存在電池里，而是儲存在電池外的儲罐里。當(dāng)電池發(fā)電的時候，要連續(xù)不斷地向電池內(nèi)輸送燃料和氧化劑，排出反應(yīng)產(chǎn)物，產(chǎn)生電能。以氫氧燃料電池為例，一個電極通進(jìn)氫氣，一個電極通進(jìn)氧氣，它們在電池里化合，產(chǎn)生水，然后放出電能來。國外的情況開發(fā)的比較早。

　　我國早在50年代在航天事業(yè)的推動下，就掀起了研究燃料電池的熱潮。90年代，我國又掀起了第二次的研究熱潮，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理所，采用美國杜邦公司Nafion117膜組裝的140平方厘米的單電池，工作電流密度已經(jīng)達(dá)到500~600毫安/平方厘米，工作電壓達(dá)到0.7~0.65伏，輸出比功率是0.35瓦/平方厘米，并組裝了4對100~200瓦，8對200~300瓦，35倍1000瓦~1500瓦的電池組。經(jīng)過幾十次的啟動循環(huán)、千小時的運(yùn)行，性能穩(wěn)定，到2008年奧運(yùn)會的時候，北京電動汽車可能使用。

　　燃料電池存在的問題：

　　主要是價格問題。10年前一輛燃料電池的汽車為2億美元，現(xiàn)在還要20萬美元。從發(fā)展趨勢來看，10年以后有可能降到普通汽車差不多的價格。

　　使用方便和安全性的問題。純氫燃料電池電動車還面臨著根本的制約因素，缺乏氫氣植被和罐充的基礎(chǔ)設(shè)施。這里還有很多待攻關(guān)的課題。

　　車載燃料的問題。以甲醇和汽車等烯烴轉(zhuǎn)化為氫的車載燃料在車上解決重整器的問題。技術(shù)上可行，但還有大量工作要做。

　　燃料電池的輔助系統(tǒng)比較復(fù)雜。燃料系統(tǒng)常常由于輔助系統(tǒng)的設(shè)備出現(xiàn)而產(chǎn)生故障。從這樣一個情況來看，上個世紀(jì)末本世紀(jì)初是燃料電池在技術(shù)和成本上，從特殊應(yīng)用到商品化取得突破的重要的時期。科委、中科院以將燃料電池技術(shù)列為“九五”院級重大支持項目和 “十五”支持項目。我國的燃料電池研究在世界(Mondi)中處于比較先進(jìn)地位。