如果把這個機理應用到氣體擴散電極的現象,可以這么表述:不只是氧氣,CO2也擴散到上面提到的三相界面。CO2與KOH發生反應,生成K2CO3,在微孔內析出。

如果把這個機理應用到氣體擴散電極的現象,可以這么表述:不只是氧氣,CO2也擴散到上面提到的三相界面。CO2與KOH發生反應,生成K2CO3,在微孔內析出。堿性物質不斷向K2CO3的上方爬行,最終,K2CO3的析出物填滿整個微孔。電解液經由析出物充滿微孔后,三相界面將無法形成,無法作為氧氣極發揮作用。要想防止這種現象發生,只能把CO2吸收液(堿性)作為洗氣器(去除裝置),對空氣進行清洗,使CO2無法到達空氣極。

如上所述,防范枝晶和正極的漏液會使系統的規模增大而且變得復雜。說到這里,想必大家已經明白,空氣電池雖然作為后LIB備受矚目,但開發起來相當困難。

LIB上市1年后與日產合作開發EV

接著來說LIB在EV和HEV中的應用。索尼于1991年在全球率先上市LIB后,從第二年開始與日產聯手,合作開發以LIB為動力的EV。大約在1995年,能夠稱之為EV用LIB的電池開發成功(圖6)。這種LIB的正極使用LiCoO2,負極使用硬碳(HC)。HC的循環特性和負載特性良好,性能在EV用LIB中得到了充分發揮。而且充電接受能力強,利用再生制動回收能源(充電)的效率高。

鋰電池開發史(7):空氣電池能否實用化?EV注重充電勝過容量

圖6:EV用LIB模塊

1990年前半段到1998年,索尼與日產合作開發配備LIB的EV。

8節LIB串聯成模塊,上方設置BMU(battery management unit)(圖6中小箱子)。汽車以12個這種系統串聯而成的系統為動力源。LIB共計96節。配備索尼開發的這種LIB的日產試制車在1995年10月的“東京車展”上進行了展出。而且,日產還于1997年發布配備LIB的EV“Altra EV”(日本名:R'NESSA EV),在日美兩國售出了200輛(圖7)。續航距離為130km,最高速度達120km/h,性能在當時極具突破性。

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圖7:1997年開發的“Altra EV”

配備索尼LIB的EV。在“第31屆東京車展/1995”上展出。

這款EV似乎還震撼了全世界。邁克爾·克萊頓(Michael Crichton)的小說《失落的世界》(《侏羅紀公園》的續集)中某些段落的靈感似乎就來源于索尼和日產聯手開發的EV。

小說記述的是《侏羅紀公園》6年后,科學家們重新開始調查島嶼。科學家們為保護環境決定使用EV,對此書中有這樣一段描述。

筆者閱讀了美國Alfled A.Knopf公司出版的這部小說的1995年版本。現在,EV用LIB已經成了全世界關注的焦點,而在1995年的時候,這種電池還處于搖籃期。作者竟然在這么早的時候,就讓配備LIB的EV在小說中登場,著實令人大吃一驚。但這里要多說一句,故事里“lithium-ion batteries from Nissan(日產的LIB)”的設定令人無法接受。這里不應該是日產,而應該是索尼的LIB。暫且不論索尼宣傳不力,LIB“unreliable”(不可靠)的表述方式也有失偏頗。

與日產的合作研究因為索尼方面的原因而于1998年中止。日產之后繼續開發EV,并在2009年推出了“LEAF(聆風)”。展示了堅持就是勝利的精神。

性能足以滿足HEV需求

那么,EV和HEV用LIB的現狀如何?MarkLines的調查“環保車用鋰電池制造商”顯示,在全世界,正在制造及準備制造車用LIB的制造商多達125家。這個數字令便攜終端用小型LIB制造商等都要黯然失色。但筆者不禁擔憂:連生產小型便攜終端用LIB的經驗都沒有的制造商能輕而易舉地制造出大型LIB嗎?

車用LIB的開發似乎正在大容量化、高安全性這兩個難以兼顧的特性之間一籌莫展。因安全性好而投入開發的正極活性物質磷酸鐵鋰(LiFePO4)和尖晶石型錳酸鋰(LiMn2O4)的體積能量密度遠小于消費類LIB使用的正極。就正極而言,在應用于HEV時,正極只要具備一定的容量即可,負載特性、大電流充電接受性能和循環特性扮演的角色更為重要,所以應該可以采用LiFePO4等材料。

而就負極而言,使用安全性好的鈦酸鋰(Li4Ti5O12)的LIB電壓低,能量密度也低。制作電壓相同的電池系統,需要串聯的LIB是過去的1.5倍。這對于控制等方面極為不利。HC負極雖然在能量密度上稍遜于石墨,但循環特性、負載特性和充電特性表現出色。作為HEV用LIB負極的希望很大。

EV的問題在于充電

對于EV的實用化,除了上面提到的容量等,筆者最擔心的還是如何充電。日產的LEAF搭載24kWh,三菱的EV“i-MiEV”搭載16kWh的LIB。前者利用單相100V充電需要16個小時,單相200V需要8個小時。后者則分別需要14個小時和7個小時。也就是說,使用住宅電源一個晚上基本可以充滿。

[責任編輯:趙卓然]

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