MAX蓄电池与常规电池的不同
来源:    发布时间: 2019-11-06 01:41   219 次浏览   大小:  16px  14px  12px
2012年12月,美国树立的国家级“动力存贮研讨联合中心”,期望能证明怀疑论者是错误的。该中心聚集了美国动力部部属的5个国家级实验室、5所大学和4家私营公司从事动力研讨的顶尖科学家。

 电池是一种极其重要的技术,现代生活脱离电池将无法想象。但很多工程师以为现在电池的功能不尽人意,其功能仍然具有很大的提升空间。假如能以合理的价格生产出功能更好的电池,不只能使内燃机成为多余,并且也能使人类广泛使用风能和太阳能,引领人类进入零排放燃料年代。诚如此,确实将是一场绿色动力革新。但是,人类对这场革新的期待已经太久。期待时刻越久,人们就越怀疑它是否会真正发作。

  2012年12月,美国树立的国家级“动力存贮研讨联合中心”,期望能证明怀疑论者是错误的。该中心聚集了美国动力部部属的5个国家级实验室、5所大学和4家私营公司从事动力研讨的顶尖科学家。时任美国动力部长朱棣文指出:“这是一个国际一流科学家和一流公司组成的协作团队,他们将确保国际最先进的电池技术在这里研制出来并在美国生产。”此举是继日本之后第二个由政府主导、产学研协作组建有形实体的国家级动力电池研制组织,是美国政府着力推进先进动力电池发展的一项重大举措。

  据《经济学人》杂志报道,该中心最近获得了美国动力部供给的1.2亿美元研讨经费,其方针十分雄伟——在未来5年内使电池容量增加到5倍,本钱降为五分之一。

  活跃的探索计划

  克瑞斯·普佩克是美国阿尔贡国家实验室的一位工业化学家,他很坚定地在空中晃动着一个装有白色粉末的试管。普佩克的同事只需少量粉末,便能分分出它是否有潜力成为电池研讨领域可采用的最新资料。普佩克博士的作业职责就是确定新资料是否具备转化为实际使用的潜力。简言之,就是发现具有合适特点的新资料用以制作价廉且能批量生产的电池,并将具有潜力的新资料转给工业界进行测试。他和同事们期望至少发现一种能引发一场革新的新资料。

  大多数电池——从开始用于发起轿车的笨拙铅酸蓄电池,到现在为电子书读写器、手表等供给动力的造型优美的小型锂电池——都必备三个部件:两个电极(阳极和阴极)和电解质(包含固态、液态和气态三种形状)。而开发新式电池的技巧,就是深入探求上述三个部件的资料,致力于优化电池功能和下降本钱。普佩克手中的白色粉末就是此类新式资料中的一种。

  为了发掘更多的此类资料,阿尔贡国家实验室使用了麻省理工学院戈布兰德·辛德尔博士创建的、仍然在不断扩展的物质百科全书——“资料计划”,该计划旨在树立一个可与谷歌相媲美的网络引擎,专门用于搜索各种资料的特点,能让来自大学、国家实验室和企业界的科学家共享信息,以促进新资料的研制。研讨人员经过超级计算机描绘出各种无机化合物的特点,包含其安稳性、电压、电容和氧化状态等,并将这些成果树立数据库。截至2011年末,该数据库已经收录了1.5万多种无机化合物,并且每天还会吸纳数百种“新成员”。在探寻更优电极资料进程中,阿尔贡国家实验室将此计划作为“参阅图书馆”,并期望能为它“增砖添瓦”。

  进步锂电池功能为主要方针

  作为现在最为成功的蓄电装置,已问世20多年的锂电池的用处十分广泛,现在已被成功使用于电动轿车、混合动力轿车甚至客机。但是,其最大缺陷是容易过热和焚烧。

  波音787梦境客机是全球首款广泛使用锂电池的客机,本年1月遭遇数次故障。美国国家运送安全委员会的开始调查确定,该机型1月7日发作的电池起火事故,其原因是电池组的8个单电池,有一个发作多重短路,引发所谓热失控的化学反应,温度逐渐升高。短路也逐渐分散到其他单电池,并导致起火。鉴于此,现在全球数十架波音787停飞,等候波音公司以及日本和美国政府的终究调查成果。2月初,波音公司提议对787梦境客机的电池规划进行一系列更改,考虑增加锂离子电池单元格之间的间隔,以减轻电池内部热量和火延伸的潜在危险,一起增加强化的热传感器。

  针对由“资料计划”或许其他来历所供给的各种组合资料的初次测试,其方针是击败现有的锂电池。对全国际科学家而言,可以成功改善锂电池的功能将成为一项非凡的成就。

  最近被任命为动力存贮研讨联合中心主任的乔治·克拉布特瑞以为,很快就需求在这方面进行改善。他以为现在科学家在改善锂电池功能方面业已获得很大成就,替换锂电池指日可待。该中心副主任杰夫·谢姆布莱恩对现有技术进展更有决心,以为在锂电池既定分量基础上,仍然有或许将其储能容量增加一倍,本钱下降30%—40%。

  那么,假如科学家使锂电池技术逐渐趋于极限,是否能制作出真正与内燃机轿车相媲美的电动轿车呢?据全球著名的商业咨询公司麦肯锡公司估计,到2020年锂电池轿车将具有竞争力,但未来仍然需求做很多作业。此外,科学家正在开发可与锂电池相媲美的其他各种新式电池。

  其间的领先者或许就是锂空气电池。这种电池的原理是,使用空气中的氧气作为电解质,从而减少电池自身分量,这意味着在理论上其能量密度十分大——这一点十分重要。与传统的石油燃料驱动轿车相比,电动轿车的主要缺陷就是能量供给偏少,1公斤汽油所蕴含的能量(以焦耳为计量单位)是同等分量电池的6倍以上。设法下降该比率将使电动轿车更具吸引力。

  现在对锂空气电池的炒作力度很大,但需求研讨人员耗费数年时刻才能处理一些技术难题。锂空气电池充电困难且功能极不安稳,此外,为电池供给能量的化学反应存在自燃危险,因而,锂空气电池十分易燃,需求粗笨的安全系统以防止其起火。

  走运的是,动力存贮研讨联合中心的研讨人员有若干其他备选计划,多价离子电池就是其间之一。一个锂原子仅拥有一个可用于化学反应的电子,相比之下,镁原子拥有两个价电子,铝原子则有三个价电子。该中心张伯伦博士指出,从理论上讲,这意味着镁电池或许铝电池有或许获得两倍或三倍于锂电池的能量。尽管这些金属并不像锂那样轻,但它们额定的价电子可以增加其所存储的能量,这种特性将使它们可与石油相媲美。此外,镁和铝都比锂更廉价、更安全。但是,镁离子和铝离子在电池内部难以移动,这也是曩昔它们未曾被用于制作电池的原因。当然,该问题也是新式储能资料所必须处理的难题。

  与流体电池同行

  除了用于电动轿车,成功开发新式电池有望树立电网级动力存储方法,实现绿色储能。假如能树立本钱低廉的电网级动力存储方法,从经济视点来说,它将能克服太阳能和风能发电的间歇性难题,引发风能和太阳能革新。为实现这一方针,阿尔贡国家实验室的研讨人员现在正在开发流体电池。

  传统的电池是在两根固定电极中贮存化学能的,而流体电池则将其贮存在浸入电极,即液体电解质中。流体电池可以被制成规模庞大的电池单元,合适使用液体化学物质存储很多电能,因而可使用它们来收集风力涡轮机和太阳能模件所产生的多余电力,并贮藏备用。流体电池是使用水基电解液,而水易于被分解的特性则约束了其发展潜力——它约束了流体电池的作业电压。使用有机电解液替代水基电解液将能克服这种缺陷,阿尔贡实验室的研讨人员正在朝着这个方向不懈地尽力。

  一个以电池为驱动力的国际,将实现经济体系的部分电气化(如交通运送业等),加快人类从使用贵重的、污染环境的化石燃料逐渐转向阳光等零本钱燃料的进程。正如每种革新的宣言一样:新式电池所引发的将是一场无与伦比的革新。现在的问题是:革新必将发作,抑或现有电池仍将占有主导地位?