电动车电池的研究进展

史册 刘姝

摘要：介绍了锂离子电池、燃料电池、锌一空气电池、超级电容器，以及太阳能电池的性能和技术进展;并在现有国内外研究的基础上，分析了上述电池在电动汽车上的应用现状和发展前景。

关键词：电动车;电池;性能;应用

中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2018）24-0282-01

随着社会的进步和科技的发展，保护环境、节约资源的呼声日益高涨，电动车作为无污染的新型交通工具，近年来得到蓬勃发展，2017全球动力锂离子电池总装机量达到50GWh，中国占36GWh。电池是电动车的动力源，同时也是制约电动车发展的关键。目前供电动车使用的动力源主要有锂离子电池、燃料电池、锌空气电池、超级电容器，以及太阳能电池，本文将简要介绍这些电动车电池的研究进展。

一、锂离子电池

锂离子电池是20世纪90年代发展起来的新型环保电池，工作电压高且平稳、循环寿命长，自放电率小，工作温度范围宽，无记忆效应和环境污染。目前商业化的动力锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、三元材料NCM/NCA、磷酸铁锂等化合物，负极一般采用纯石墨或者石墨/Si复合材料，电解质为溶有锂盐的有机溶液或具有锂离子导通能力的胶体。

为了确保动力电池的能量密度和安全性能，三元材料和磷酸铁锂目前应用较广泛。三元材料具有较高能量密度，但安全性稍差，主要应用于新能源乘用车和货车上。磷酸铁锂具有优秀的热稳定性，虽然其能量密度稍差，但考虑到安全系数，主要应用于新能源客车上。锂离子电池在电动汽车上的使用还有许多艰苦的工作，主要是纯电动汽车和混合电动汽车上使用的电池数量多、系统复杂，安全性难度更大，对可靠性和一致性的要求更高，以及价格太高。

二、燃料电池

早在1839年，英国人G.R.Grove就提出了氢和氧反应发电的原理。20世纪60年代，由美国UTC公司首先用于航天和军事领域。燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置。它的基本化学原理是水电解反应的逆过程，即氢氧反应产生电、水和热。它不需要燃烧、无转动部件、无噪声、运行寿命长、可靠性高、维护性能好，实际效率能达到普通内燃机的2至3倍，加之其最终产物又是水，真正达到清洁、可再生、无排放的要求。根据电解质的不同，燃料电池可分为碱性型、磷酸型、熔融碳酸鹽型、质子交换膜型和固体氧化物型等几种。目前只有质子交换膜型燃料电池最适合电动汽车使用。

三、锌-空气电池

锌空气电池属于半燃料电池，其正极是一个由催化层、防水层及金属网集电器组成的空气电极，负极为纯锌，电解质是氢氧化钾水溶液，锌空气电池的理论比能量为2000Wh/kg。

锌-空气电池虽然质量比能量高，但电解液碳酸化、失水和吸潮、机械充电方式等都是较复杂的技术问题。此外，由于不是充电，而是添加金属“锌”，废液处理成本也是其发展的瓶颈。锌空气电池比功率较低，不能输出大电流，当用于电动汽车时，车辆的启动和加速性能不好，只能与其它蓄电池共同使用。新兴的锂-空气电池、铝-空气电池，反应机理与锌-空气电池类似。

四、超级电容器

超级电容器是一种电化学电容，兼具电池和传统物理电容的优点。目前开发的超级电容器主要有以活性碳为正极与负极的双电层超级电容、金属氧化物超级电容和高分子聚合物超级电容。其巨大的优越性表现为：功率密度高;循环寿命长;充电时间短;实现高比功率和高比能量输出;储存寿命长;可靠性高;可以任意串并联使用。超级电容往往和其它蓄电池联合应用作为电动汽车的动力源，可满足电动汽车在起动、加速、爬坡时对功率的要求，而且在汽车制动回收再生电流时，可对短时大电流充电起缓冲作用。进一步开发高比能量、高比功率、长寿命、低成本的超级电容器，是今后研发工作的重点。

五、太阳能电池

太阳能电池是借助于某种中间材料将太阳能直接转换为电能的装置。太阳能汽车具有清洁、环保的优点，是真正的“零排放”交通工具。虽然部分机构也已研制出了使用太阳能电池的电动汽车，但由于太阳能电池还存在光电转换效率不高、价格太高、电池系统配置较复杂以及实用受天气的限制等问题，对要求在各种环境下实用汽车来说，作为主电源利用的可能性不大，近期内只能作为电动汽车的补充电源。但太阳能作为最清洁的、取之不尽用之不竭的能源，对它的研究和应用必将会取得长足的进步。

六、结语

当前电动车正处于发展高潮，对于电动车技术的全面发展，重中之重就在于能量存储技术的提高。动力电池将向着高比能量、高可靠性、低成本、安全环保方向发展。