用在車輛上的動力電源,我依然希望能看到最終大規模商用的燃料電池,或者類似超級電容器這樣原理上創新的新型電源的出現。

   已經畢業太久了,而且也已經太久沒在知乎寫長答案了,有錯誤歡迎指出,請輕拍……

  截取自今天終于寫完的寫了半個多月的一篇博客,原文在此:【半瓶CommentsNo.0】nanoFLOWCELL 液流電池燃料電池超級電容器和電動車

  先說結論:這是一種改良型的液流電池,它是一種過渡技術,長遠來看在新能源汽車方面應用前景受限,但短期內有繼續挖掘的價值。

  在電力驅動方面,理想的動力電源應該同時滿足“高能量密度”和“高輸出功率”兩項苛刻要求——高能量密度意味著相同重量的電池可以儲存更多電能,或者在儲存相同電能的情況下使用更輕的電池組;而高的輸出功率意味著車輛的電動機可以工作更搞的功率下,既車輛可以更快。

  在此次的nanoFLOWCELL之前,普遍認為適合做動力電源的主要是燃料電池、超級電容器等技術。燃料電池其實已經完全不是一種“電池”,在使用電能這種“二次能源”,而是一種新的發電技術,開著燃料電池汽車,是需要加油加氣加氫或者加別乙醇之類燃料的,而不是需要充電。燃料電池通過直接將化學能轉化為電能輸出,省卻了化學能到熱能,到機械能,再到電能的中間環節和損耗,能量效率相當不錯。而超級電容器則是直接、純物理方式儲存電能的裝置,由于沒有化學反應發生,電荷被直接加載到機板上,充電幾乎是“秒充”——上海世博會上到站、停車、充電、斷電、走人的超級電容器公交車實在是令人印象深刻。

  超級電容器的優勢在于充放電迅速,劣勢也在于充放電迅速,它的充放電曲線十分陡峭,完全沒有化學電池的充放電“平臺”,沒有電壓、電流都相對穩定的這樣一個階段。換句話說,它的放電近似于“失控”,能以多快的速度放走,就會以多快的速度放走,這也成了限制超級電容在很多需要穩定電壓的應用領域,比如絕大多數消費電子產品,里使用的瓶頸。

  鋰電池,以及所有嚴格意義上的“電池”,本質上都是將本已經釋放出來的一次能源重新儲存到電池的電極材料之中的過程,它們因此被稱為二次能源。同時也因此失去了一部分能量效率(當然,輸電部分的損耗如今越來越小,充電部分損耗也越來越可控,相比于小型內燃機的能量效率,使用電池依然是相對環境友好的),其環保性也因此受到一定質疑——電極材料的生產、儲存、使用、報廢的過程中,未必全程是環境友好的。

  說nanoFLOWCELL是一種新型電池是對的,但它并不是全新的技術。液流電池已經出現已久,但是隔膜損耗、能量效率不高等問題限制了這種電池的應用。這種電池在結構上與燃料電池非常相像,也并不復雜。如果大家還記得帶鹽橋的原電池的話,可以想象液流電池就是將鹽橋換成了一層薄膜,并將石墨一類惰性電極設置在上面。依然是原來的氧化還原反應,只不過氧化劑與還原劑分別緩緩流過隔膜兩側,就實現了電極反應的不斷進行。

  Flow cells are chemical batteries that combine aspects of an electrochemical accumulator cell with those of a fuel cell. Liquid electrolytes circulate through two separate cells in which a “cold burning” takes place, during which oxidation and reduction processes happen in parallel and thereby produce electrical power for the drive train.

  早些時候MIT通過層流技術(兩種液體相互接觸但不混合,井水不犯河水得相對流動)去掉了液流電池的隔膜,獲得了相當不錯的實驗室效果。但之后其實際應用的相關報道一直沒有見到(猜測其原因或許是層流狀態的維持需要比較穩定的環境,實際應用中情況復雜,轉化成實際產品尚待時日)。

  

  MIT的液流電池結構示意圖

[責任編輯:趙卓然]

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