更安全的電動汽車電池可打破車內布局限制
日期：2024-11-25 07:38:57 作者：宏力精密鋼管 閱讀數：526“對于電動車里程焦慮的問題已經廣泛被業內討論，目前得出的結論是，提升電動車里程是一件耗費成本的事”美國能源部先進研究計劃署(ARPA-e)項目經理Ping Liu說：“如今的電動車電池過于昂貴，并且容量太小，重量太大。”
Ping Liu以及他的同事曾這樣問自己“有什么方法可以既提升電池性能又減少駕駛成本呢?”，他們想到了一個或許可行的方法——利用合適的電化學過程提升電池性能。
他們決定采用一種更安全的電池化學過程——無需大體積、大重量的電池組結構保護電池單元。從而在實現“增程”的同時無需增加電動車重量，即使這類電池的能量密度不如鋰電池，其總成本收益還是更大。Liu表示：“如果電池組的保護工作不再是我們所擔心的問題，那么電池組的安裝方式和結構也將不再受傳統汽車結構限制。”
更安全的電池
如同美國APRA-e正在進行的22項其它長期研發項目一樣，該項目也是該機構RANGE(Robust, Affordable, Next-Generation Energy storage systems))計劃中的一部分。
美國能源部希望輕型電動車的電池能夠達到單次充電行駛386公里的標準。
達到這一標準的方法有許多。一些機構研利用不易燃聚合物電解質取代揮發性易燃聚合物電解質與水性電解質。還有一種方法就是完全放棄液態鋰離子電池的使用，轉而使用固體電解質薄膜陶瓷材料。
Liu解釋道：“我們決定尋找具有高穩定性的化學反應方式以及能夠承受大量充放電循環的材料，即便那些材料的性能未必有鋰電池那么強。”因為將這些材料應用于汽車結構中意味著電動車能夠大幅減重，從而提供與高能量密度電池相同甚至更高的收益。
水性電解質
RANGE計劃中研究的電動車電池的三種化學催化劑之一就是水性電解液。這類電解液并不采用電極“浸泡”在電解液里的方式，而是采用外部存儲，時刻準備著發生化學反應產生電能。
“概念上來說，這些可替代電化學物質與傳統理論相悖，一般認為流體電池的能量密度不足以支持電動車的行駛里程要求，并且其體積會非常大。”Liu表示：“我們從通用電氣公司(GE)和勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)收到了奇妙的提議，在流體電池中采用不同的化學催化劑，實現更高的能量密度。”
通用電氣與伯克利國家實驗室將在明年制造一款原型電池以驗證這項提議。這項基于水性電解質的方案中采用無機材料，傳遞過程中可攜帶不止一個電子，能量密度有所提升。能量被經過部分氧化的高能有機化學液提取，從而形成穩定、不含氫的化合物。特殊的電化學催化劑將直接從電池正極提取載荷電子，在此過程中不產生氫氣。離子與負極氧氣分子結合產生電能，附帶產物是水。
Liu還指出了另一種“多電子”水溶液，目前該項目由美國馬里蘭大學和陸軍實驗室負責研發。根據該大學描述，這款采用納米材料的電池將采用雙離子混合交互的模式將電池電壓從1.2伏提升到2.5至3伏，此外電池容量也擴大了1倍。
無水性電解質
RANGE計劃的另一些研究項目是關于無水性電解質(含有揮發性化合物)的研究。項目經理表示，雖然此類電池系統的維護成本偏高，但依舊可以從其他方面的收益進行抵消。
伊利諾理工大學(Illinois Institute of Technology)與阿貢國家實驗室就此進行合作。他們研發出一種納米電解質，其中含有大量納米顆粒，可以實現高能量密度的同時保證穩定性和低阻流。
固態電池
RANGE計劃的第三類研究重點就是固態電池。固態電解質中載荷子(質子和電子)不像液態電解質中通過性那么好。目前相關的技術仍未得到突破。
馬里蘭大學固態氧化物燃料電池技術教授Eric Wachsman將其開發的多層薄膜陶瓷加工技術(multilayer thin-film ceramic processing)用于制造一個具有高導電率的全新鋰離子固態電解質。固體鋰離子電解液和高壓負極集成于一個特制的納米架構中。Wachsman教授的最終目的是希望通過這項方法制造出重量輕、壽命長的固態電池。