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南方泵業(yè)

液流電池:供電動(dòng)汽車使用的液體燃料

   2012-08-08 鋰電世界佚名10920
核心提示:     中國電池網(wǎng)  要讓電動(dòng)汽車跑上數(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)展總讓人覺得遙不可及。不過,采用一種新方法來安排現(xiàn)代電池的內(nèi)部架構(gòu),有望使

    鋰電世界  要讓電動(dòng)汽車跑上數(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)展總讓人覺得遙不可及。不過,采用一種新方法來安排現(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–Ming Chiang )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)勢結(jié)合起來,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”(Cambridge crude)。
    如果在電子顯微鏡下觀察坎布里奇原油,會(huì)看見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[NextPage]安裝了這種電池的汽 車駛?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(Throop Wilder )合作創(chuàng)建了一家名為24M Technologies 的新公司,將其團(tuán)隊(duì)的研發(fā)成果 推向市場。對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)用場合。 蔣業(yè)明指出,即使儲(chǔ)電量不大,也可能對風(fēng) 能及太陽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,坎布里奇原油要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用, 還有很長一段路要走。一所重點(diǎn)科研院校儲(chǔ) 能工程的負(fù)責(zé)人指出:“對此持懷疑態(tài)度的人 可能會(huì)說,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的好處多得多。”將 電解液泵送過電池槽需要增添機(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)在重量上超過現(xiàn)有技術(shù) 水準(zhǔn)的電池。”此外,隨著時(shí)間的推移,經(jīng)過 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。
    更根本的問題在于,這種新電池的充電 太慢,據(jù)卡特說要比傳統(tǒng)電池慢上2 ~ 4倍。
    這對汽車來說是個(gè)令人頭疼的事,因?yàn)槠?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[NextPage]秒 內(nèi)釋放出所存儲(chǔ)的電能)搭配使用,在剎車 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 而使它對電池行業(yè)未來的革新起到推動(dòng)作用。 高果奇說:“它為電池設(shè)計(jì)開辟了一條新路。”

 
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