锂电、铅酸、镍氢、燃料电池电动汽车的特点及未来发展展望

2019-03-15      1551 次浏览

为了改善城市空气质量,部分城市推出了电动车辆环保行动,给电动车产业带来了机遇。当前电动车供电部分采用的电池有锂电池、镍氢电池、铅酸电池、燃料电池。这些电池自身均有优点和缺点,为了进一步提高电动车电池质量,需要充分分析各类电池的性能特点,提出未来发展方向。

一、电动车辆动力电池的性能特点分析

(一)锂电池

锂电池工作电压较高,体积小,携带便捷,使用寿命较长,比能量较大,自放电率较小,在使用过程中不会对环境造成污染,并且无记忆效应。因此,成为了我国当前新能源电动车辆研发的主要材料。锂电池的核心部分为正极材料,经过多年发展,形成了多种锂电池,包括磷酸铁锂电池、镍钴酸锂电池锰酸锂电池等。这些电池运行功能较高,具有较高的安全性,对温度控制要求较高,如何更好的控制锂电池使用环境温度,保证电池的正常运行成为了重点研究内容。

(二)镍氢电池

镍氢电池由金属镍和氢离子构成,存储电量较高,体积小,携带轻便,使用寿命较长,在使用过程中不会对环境造成污染,但是开发成本较高,与锂电池相比,性能更低一些,自放电率较大。镍氢电池凭借绿色环保,支持快速充放电,能量密度较高等优势,得到了广泛应用。为了进一步提高镍氢电池性能,我国加大了负极储氢材料的研究力度。由于镍氢电池开发材料是金属储氢材料,大部分元素都可以与其反应生成氢化合物,因此,合理控制温度和金属条件,重点研究储氢合金材料便可以提高镍氢电池性能。

(三)铅酸电池

铅酸电池研发比较早,经过多年改进,产品开发技术逐渐成熟。虽然成本售价较低,但是自放电率较高、比能量较低、循环寿命较低。因此,利用铅酸电池开发的电动车产品性能较差,售价较低。目前,难以解决的一个重要问题是一次充放电形成短,针对这一问题,采用低阻抗技术,以此控制电池的充放电,使得电池使用寿命得以延长。经过改造后的VRLA铅酸电池,无酸雾逸出,自放电有明显改善,比能量较大,支持定期自动补水,浮充寿命较长。由于铅酸电池性价比逐渐提高,已向微型电动轿车、电动环卫车等领域扩展。

(四)燃料电池

燃料电池由氧气和氢气两部分构成,在空气中发生化学反应后生成电能。这种电池与其他电池差异较大,该电池的正极和负极均不含有活动物质,通过添加催化剂发生化学反应转换成电能,利用排热系统、电池性能控制系统、催化剂供给系统、安全系统等,构成电池反应环境。由于燃料电池具有燃料多样化、排放量低、供电效率较高、性能稳定等特点,因此,得到了广泛应用。目前,已经开发出的燃料电池对温度要求较低,在低温环境下便可以反应生成电能,适合在恶劣环境中应用。由于氢资源和铂资源较少,并且存储难度较大,导致燃料电池开发成本较高,为了提高燃料电池性能,必须研发替代铂的催化剂,解决资源空缺问题,以此促进燃料电池车辆发展。

二、电动车辆动力电池未来发展

依据当前国内市场价格,经过计算可以得到不同电池价格比:锂电池:镍氢电池:铅酸电池:燃料电池:20.4:19.2:6:80。通过观察价格比可知看出不同电池与市场供应的距离。在电池技术不断发展的时代背景下,以上比例发生了一定变化。在未来的发展中,锂电池结构逐渐改进后,性价比满足市场需求后,很有可能占据电动车辆市场,成为上班族首选交通工具,当前因价格较高的原因,未得到广泛应用。镍氢电池开发成本较高,性能更低一些,对运行环境要求较高,综合多种因素,在未来发展中容易被清洁能源取代,例如,锂电池、燃料电池等。铅酸电池供电成本较高,属于低端动力电池,在未来发展中很有可能被替代。燃料电池环保清洁,是理想中的清洁能源,如果可以提高性价比,那么燃料电池将成为首选电池资源。但是从当前的性价比来看,燃料电池任重道远,需要更换基础材料才可能突破当前性能占据市场。

三、总结

铅酸电池属于低端动力电池,在未来发展中,该电池将主要占据低端市场。镍氢电池开发受综合因素影响,容易被其它类型电池取代,该电池属于动力电池发展的过渡产品。锂电池当前的制造工具尚未成熟,在实际应用中容易出现异常,对电动车行驶里程造成影响,需要在今后研究中继续完善,打造动力锂离子电池。燃料电池需要更换材料重新研发,开发时间较长,研发时间约13年。

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