鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1309次 | 2018年09月11日
供電動(dòng)汽車(chē)使用的液體燃料——液流電池
能源:供電動(dòng)汽車(chē)使用的液體燃料
要讓電動(dòng)汽車(chē)跑上數(shù)百千米而中途不用充電,提高電池性能是關(guān)鍵。但現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)卻始終是小打小鬧,突破性進(jìn)展總讓人覺(jué)得遙不可及。不過(guò),采用一種新方法來(lái)安排現(xiàn)代電池的內(nèi)部架構(gòu),有望使電池容量翻一番。
這個(gè)想法由麻省理工學(xué)院教授蔣業(yè)明(Yet–MingChiang)提出,他在度假時(shí)想到了這個(gè)創(chuàng)意,并與別人合作創(chuàng)辦了A123系統(tǒng)公司。蔣業(yè)明認(rèn)為,推動(dòng)電解液穿過(guò)電池的所謂“液流電池”具有一些極佳的特性,而現(xiàn)今最高水平的鋰離子電池,即已經(jīng)在日常電子產(chǎn)品中普遍使用的那種電池,則有較大的能量密度,如果能找到一種方法把兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái),那會(huì)怎樣呢?
液流電池將電能存儲(chǔ)在電解液槽中,它的缺點(diǎn)是能量密度較低。其優(yōu)點(diǎn)則是大小隨意,擴(kuò)容易如反掌:要提高電池容量,只須建造更大的儲(chǔ)能液槽即可。
蔣業(yè)明與同事打造出了一種新電池的工作樣品,它的能量密度與傳統(tǒng)的鋰離子電池相當(dāng),但其儲(chǔ)能載體實(shí)質(zhì)上則是與液流電池一樣的液體。此載體外觀如黑色泥漿,內(nèi)含納米級(jí)微粒及儲(chǔ)能金屬顆粒,蔣業(yè)明稱它為“坎布里奇原油”(Cambridgecrude)。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
如果在電子顯微鏡下觀察坎布里奇原油,會(huì)看見(jiàn)許多微塵大小的顆粒,其材料與構(gòu)成許多鋰離子電池負(fù)極和正極的材料相同,分別為鋰鈷氧化物(正極)和石墨(負(fù)極)。
在這些懸浮于液體中的相對(duì)較大的顆粒之間,是一些由碳構(gòu)成的納米微粒,它們正是此發(fā)明的“秘密調(diào)料”。納米微粒集聚起來(lái)打造出一個(gè)海綿狀的網(wǎng)絡(luò),形成一條條把存儲(chǔ)著離子和電子的較大電池顆粒連接起來(lái)的“液體導(dǎo)線”。在其流動(dòng)時(shí),納米組分也始終維持著電子運(yùn)動(dòng)的路徑,使電子在各個(gè)儲(chǔ)能載體顆粒之間暢行無(wú)阻。
新電池的工作載體可以流動(dòng),這誘發(fā)了一些美好的憧憬,比如安裝了這種電池的汽車(chē)駛?cè)敕?wù)站后不用充電,直接加坎布里奇原油即可。蔣業(yè)明的合作伙伴、麻省理工學(xué)院的W·克雷格·卡特(W.CraigCarter)提出,用戶或許可以更換一種狀如燃?xì)夤薅鴥?nèi)裝電解液的裝置,而無(wú)須在插座上充電。但是,將充電電解液注入或取出電池,并非蔣業(yè)明眼下著力開(kāi)發(fā)的首項(xiàng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。他已經(jīng)同卡特及實(shí)業(yè)家斯魯普·懷爾德(ThroopWilder)合作創(chuàng)建了一家名為24MTechnologies的新公司,將其團(tuán)隊(duì)的研發(fā)成果推向市場(chǎng)。對(duì)于該公司即將推出的第一款產(chǎn)品,卡特與蔣業(yè)明皆守口如瓶,但他們強(qiáng)調(diào),這些電池完全適合于電網(wǎng)儲(chǔ)能等應(yīng)用場(chǎng)合。蔣業(yè)明指出,即使儲(chǔ)電量不大,也可能對(duì)風(fēng)能及太陽(yáng)能等間歇性能源的性能產(chǎn)生顯著影響。以他的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的大規(guī)模儲(chǔ)能電池的能量密度至少將達(dá)傳統(tǒng)液流電池的10倍,這樣電池可做得更加緊湊,成本也可能更低。
不過(guò),坎布里奇原油要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,還有很長(zhǎng)一段路要走。一所重點(diǎn)科研院校儲(chǔ)能工程的負(fù)責(zé)人指出:“對(duì)此持懷疑態(tài)度的人可能會(huì)說(shuō),他的新設(shè)計(jì)遇到的棘手向題,要比某種潛在解決方案帶來(lái)的好處多得多。”將電解液泵送過(guò)電池槽需要增添機(jī)械裝置,從而加大系統(tǒng)的重量,這當(dāng)然讓人不爽了。“泵、儲(chǔ)能缸、管道等的重量和體積,以及電解液和碳添加劑等額外所需的重量和體積加在一起,可能使這項(xiàng)技術(shù)在重量上超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)水準(zhǔn)的電池?!贝送?,隨著時(shí)間的推移,經(jīng)過(guò)多次充放電之后,它的穩(wěn)定性可能也不及傳統(tǒng)鋰離子電池。
更根本的問(wèn)題在于,這種新電池的充電太慢,據(jù)卡特說(shuō)要比傳統(tǒng)電池慢上2~4倍。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
這對(duì)汽車(chē)來(lái)說(shuō)是個(gè)令人頭疼的事,因?yàn)槠?chē)需要快速傳送動(dòng)力。一種解決辦法是讓這種電池與傳統(tǒng)電池或超級(jí)電容器(它可在幾秒內(nèi)釋放出所存儲(chǔ)的電能)搭配使用,在剎車(chē)和加速期間由后者提供緩沖的傳動(dòng)。
但這種新方案仍然大有潛力。美國(guó)爵碩大學(xué)材料工程師尤里·高果奇(YuryGogotsi)指出,將能量存儲(chǔ)在“微粒型流體”中的裝置應(yīng)該與幾乎任何一種電池化學(xué)體系相容,從而使它對(duì)電池行業(yè)未來(lái)的革新起到推動(dòng)作用。高果奇說(shuō):“它為電池設(shè)計(jì)開(kāi)辟了一條新路?!?/p>