汽车电池技术最新突破 电池突破与电动汽车热潮



  9小时与6分钟

  《自然》杂志3月号上那篇美国麻省理工学院材料和工程学教授格布兰德·塞达尔(Gerbrand Cedar)和他的学生姜炳宇(Byoungwoo Kang)联合写的《电池材料超快充放电之路》,几乎被整个电池工业视作可携带电能领域的新突破。至少那些苦于锂电池充电效率问题的汽车工程师,不用再为电动汽车在220伏环境下苦等9小时才能充满电而发愁了。实际上,布兰德·塞达尔教授的研究突破主要在电极材料,改变传统锂铁磷酸盐的电极阳面的物理结构,可以让锂离子吸收和释放电能的速度加快100倍,从而加速充放电效率。

  别看仅仅是材料结构的微调,却影响深远。瞬间释放电能的加大,可以让瞬间耗能大户高压真空吸尘器甩掉电线尾巴了,电动汽车也不用再为提速缓慢而发愁,快速充电也可以让手机和笔记本电脑的电池再次压缩体积,不必在意超常待机工作时间问题,给500毫安的手机充电理论上将只需要2分钟。更深远的影响还是在电动汽车上,目前锂铁磷酸盐电池在220伏的民用电源环境下,给一辆电动汽车充满电至少要9小时,即便如比亚迪F3DM,在特殊高压快速充电站充电10分钟也只能达到50%的电量,不可能像汽油汽车那样,3分钟内就可加满一箱汽油。而布兰德·塞达尔的快速充电技术一旦投入实际应用,电动汽车在220伏民用电源下充满电最多也就6分钟。

  不仅仅布兰德·塞达尔的快速充放电理论,很多一直停留在实验室阶段的电池研究在最近3个月内纷纷出炉。麻省理工学院安吉拉·贝尔彻试验多年的“病毒”电池也不再是怪诞研究,她以人造基因排序的方式改良噬菌体病毒,可以让病毒体通过新陈代谢,将氧化钴或黄金组合成阳极纳米导体,同时病毒体镀涂在磷酸铁材料上,再让病毒连接碳纳米管形成高导电材料网。

  麻省理工学院之所以疯狂迷恋上了电池研发,除了其在材料学界的长期技术积累外,更多还要归功于奥巴马政府的新能源策略,很多苦于研发经费的新电池项目,一夜之间成为投资者眼中的热门生意。尤其是奥巴马政府挽救美国汽车制造业的多次谈判中,一再强调必须发展新能源汽车,未来每辆新能源汽车将减税7000美元,设定2015年在美国道路上至少行驶100万辆插入式电动汽车,直接加速了全球电池领域的研发进度。那些一贯被汽车评论界视作异类的电动汽车设计师,突然间受到了狂热追捧,据说美国猎头公司给丰田混合动力车普锐斯的主设计师小木曾开出了500万美元的转会费。而那些昔日崇尚开车环球旅行的探险爱好者,也不再徘徊于越野车和人力自行车之间,各种电池驱动车辆成了最流行的环球旅行代步工具。

  押宝电动汽车

  手机和笔记本电脑在20世纪末还只能依赖镍氢电池,正是锂离子电池的出现,才极大减小了手机等电子设备的体积。可苦于锂电池在效能和重量上的瓶颈,锂电池电动汽车一直难以突破。“电动汽车并不是新鲜事物。”中国科学院物理研究所研究员陈立泉告诉本刊记者,“100多年前就有了电动汽车,只不过铅酸电池受制于化学能力,100多年没有实质进步,直到最近10年我们认识到镍氢和锂在电池上的作用,才让电动汽车的复兴有了机会。”

  实际上,在汽车发明的早期阶段,除了目前烧汽油的内燃机思路,同时还并存着蒸汽引擎和电动引擎的另外两个流派。最早的电池汽车来自苏格兰人罗伯特·安德森,1839年他给四轮马车装上了电池和电动机。1897年伦敦甚至出现过电动出租车,而斐迪南·保时捷在1898年设计的电动机和内燃机组合动力,更是开创了混合动力的先驱,当年的实验车依靠电池动力可以行驶40英里。可廉价开采的化石能源要比电力简单得多,直到20世纪70年代末的石油危机前,烧汽油几乎被认为是效率最高的交通方式。

  “我并不是汽车专家,之所以我被请来,还是因为锂电池。”陈立泉在4月10日电动汽车产业发展论坛上对本刊记者说,“80年代物理学界意识到了锂的前途,之所以现在全球制造业才开始推动电动汽车,一方面是锂电池自身研发一直有待提高,另一方面是传统汽油工业的影响力太大。”

  而在物理学界之外,中国汽车工业界也意识到了传统汽车工业的发展问题,以及电动汽车的空前机会。“去年中国汽车产销量是930万辆,增长速度是5%,即便遭遇全球经济危机,2009年2月份也恢复到了80万辆的水平,结束了去年7月份以来月度产销量连续低于80万辆的徘徊局面。最新数字是3月份一下子就达到110万辆了,2020年中国汽车保有量将突破1.5亿辆,每年耗油至少2.5亿吨。”这是工业和信息化部副部长苗圩在4月10日电动汽车产业论坛演讲的开场白,作为昔日东风汽车公司的总经理,苗圩似乎很清楚目前以汽油为核心的汽车工业现状——一味追求汽车产量,拉动经济消费的同时,也会继续给环境施压。而在苗圩看来,电动汽车很有可能将成为中国汽车业的转折点。

  《纽约时报》非常敏感于中国汽车业对电动车转折点的摸索,4月初一篇题为《中国欲为汽车电动时代的领导者》,表达了对中国押宝电动汽车的关切。按照《纽约时报》的说法:“无论在传统内燃机驱动的汽车领域,还是在新兴混合动力汽车方面,美国汽车工业都遇到了激烈竞争,而中国对电动汽车的大胆尝试,更加剧了汽车工业未来的不确定性。”通用汽车公司中国政策研究室主任戴维·塔劳斯卡斯(David Tulauskas)的说法更直接,在他看来:“虽然中国汽车工业目前仍落后于美国、日本和德国,但是在传统汽车越来越多被电动车取代的时代,中国本地汽车制造商有可能成为新的全球领导,中国汽车工业即将出现飞跃式发展。”

  民间的电动尝试

  实际上,2005年开始起步的中国电动车尝试,应该算是中国本土研究者第三次攻坚电池汽车。第一次是1970年,当时国内科研界曾发起过一次电池电动汽车的会战,北方由北京大学牵头,南方是上海硅酸盐所,在1975年造出来一辆样车,载着4名试验员从上海静安寺跑到了嘉定。第二次是第9个“五年计划”期间,当时启动了很多预研类课题,也出现过几种实验车,但受制于电池瓶颈,车辆实用性都存在问题。而在中国本土第三次冲击电动车的技术尝试中,新兴的汽车制造商,甚至一些以前并未有机械制造经验的新兴公司,在悄悄充当着探路者的角色。

 汽车电池技术最新突破 电池突破与电动汽车热潮
  天津清源就被《纽约时报》视作全球电动汽车的新星,借助美国萨曼斯公司作为代理商,天津清源已经以1万美元1辆电动整车的价格出口北美。而天津清源自身并不具备造车能力,机械车体来自哈飞赛豹和哈飞民意,已经出口美国的第一批150辆电驱动微型卡车就是取自哈飞民意的车体,搭载锂离子电池,最高时速可达到70公里。而针对天津一汽车体改造的XL纯电动车,加载电池后车重陡增到了1.6吨,时速依旧可以达到140公里,充一次电可以连续跑250公里。

  电池大亨王传福图谋电动汽车很久了,沃伦·巴菲特的入股,被电动汽车界视作对比亚迪的全球担保。尽管目前比亚迪只有双模电动车F3DM和处于试验阶段的纯电动车E6,可这并不能阻碍沃伦·巴菲特打算在伯克希尔·哈撒韦公司股东年会上开开E6。“我上个月与比亚迪的掌门人王传福进行了一次深聊,作为目前国内唯一掌握整条电动汽车产业链条的公司,比亚迪依旧值得学习,不能放弃我们在电池制造端的优势。”清华大学教授欧阳明高告诉本刊记者,“目前国家出台的对于纯电动车的政府补贴,还仅限于13个试点城市的公共交通用车,这会让‘南车’等大容量电动机制造厂有发展优势,而未来纯电动车还必须依赖于小型车,最广阔的发展空间还是在于家庭轿车。”作为民盟副主席,欧阳明高一直在极力推动纯电动汽车在中国的发展,在他看来,目前中国城市街头泛滥的电动自行车,实际上就是中国电动车发展的最本能表现。他在电动汽车产业发展论坛上说:“我们对本田思域的轻度混合动力进行过长期调查,在北京路况,可以节约36%的燃料,几乎与丰田普锐斯的重度混合动力没多少差别,在纯电动汽车量产前,并联式的混合动力也可以承担技术过渡的作用。但锂电池纯电动汽车的普及,绝对是可行的。”

  除了汽车工业界的谋划,电力界也有自己的盘算,目前7亿多千瓦的发电量始终存在低谷电浪费的问题,即便工业用电有低谷电价的优惠,依旧浪费了大量的低谷电力。按照陈立泉的测算,目前中国的低谷电足够供应3000万辆以上纯电动轿车消耗,根本不需要为纯电动汽车增加多余的发电设施。恰恰电力公司的介入,不可避免地侵占了石油化工界对于汽车的垄断地位,以至于在电动汽车产业发展论坛上,我们只能找到中石化股份有限公司科技开发部副主任徐惠和中海油新能源投资有限公司经理仰晓屹,两位石油界的与会者。

  而电动汽车也不是没有潜在短板,电池的制造过程本身大量消耗稀有金属资源,同时锂电池制造过程中消耗的高氯酸锂需要特殊控制处理。相比传统含汞电池回收不当对土壤的污染,以及镍镉电池中镉对人体的危害,锂电池在生产和报废后并没有什么大的危害,可锂元素在大流量输入输出电流的时候极易发热,2007年索尼大量召回笔记本电脑锂电池,就是因为电池卷制金属筒过程中一些微小碎屑从金属片上脱落,与子单元中的锂成分混合引发了电池短路,无疑,使用环境更为复杂的电动汽车对于锂电池的防碰撞要求更加苛刻。此外电动机的电磁辐射也将是电动汽车普及后的长久争议问题,即便像目前丰田普锐斯那样给电动机加装了金属辐射屏蔽罩,依旧存在长期驾驶电动车的电磁辐射隐患。  

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