鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1757次 | 2019年03月28日
新能源汽車使用的新型動(dòng)力電池
容量電容器和核電池等幾種新型動(dòng)力電池。這種電池為電動(dòng)汽車的發(fā)展開辟了更廣闊的道路。
l.i燃料電池的發(fā)展及其優(yōu)越性被譽(yù)為改變未來世界的十大新科技之首的燃料電池（FuelCells），是一種新型高效率的車輛動(dòng)力和發(fā)電裝置。近幾年，燃料電池的研制、開發(fā)和商品化已取得巨大突破，為汽車工業(yè)和電力工業(yè)的變革創(chuàng)造了條件。
燃料電池發(fā)展的高潮始于1959年第一個(gè)實(shí)用性系統(tǒng)（5kW，用于2t叉車）開發(fā)成功。它是美國(guó)60年代首先使用于航天飛行器的一項(xiàng)尖端技術(shù)。1965年1986年氫氧燃料電池相繼成功地應(yīng)用于“雙子星座”和“阿波羅”登月飛行。70年代初，第一次中東石油危機(jī)爆發(fā)，歐美和日本等國(guó)制定了有關(guān)燃料電池的長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃。近幾年來，嚴(yán)峻的大氣污染和自然能源的緊缺，進(jìn)一步促進(jìn)了燃料電池的研究熱潮。
燃料電池是一種將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。它由燃料、氧化劑、電極、電解液等組成。
使用的燃料十分廣泛，如氫、甲醇、液氨、天然氣、烴類等，其中最理想的是直接使用純氫或從水中提取氫的氫燃料電池。因產(chǎn)生的反應(yīng)物為水蒸氣，絕對(duì)不污染環(huán)境，尤為人們所關(guān)注。即使是從甲醇等分離出氫，其分離過程排放的也只有C0和C0：，而無氮氧化物、未燃碳?xì)浠衔锏扔泻ξ镔|(zhì)，污染極低。另外，燃料電池的電極只用作化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所和電流通道，并不參與化學(xué)反應(yīng)，故無電極損耗。因而，燃料電池具有高效率e加上余熱回收，能源效率高達(dá)80%）、裝備質(zhì)量輕、清潔無污染、勿需充電、工作可靠、壽命長(zhǎng)等許多優(yōu)點(diǎn)。十分適宜于汽車上使用，將它裝到車上為電動(dòng)機(jī)供電，傳輸?shù)杰囕喌哪芰啃食醪焦浪銓⑦_(dá)到40%，總的工作效率約為內(nèi)燃機(jī)傳輸效率（107%）的三倍以上。特別是由于燃料像加汽油一樣可連續(xù)加入，現(xiàn)有汽車的所有部件和技術(shù)可直接用于燃料電池電動(dòng)車上。這一特點(diǎn)無疑將受到汽車和電器行業(yè)的歡迎，也易于為市場(chǎng)所接受。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
1.2燃料電池的工作原理和普通電池一樣，燃料電池也是通過電極上的學(xué)反應(yīng)是最簡(jiǎn)單的氫和氧結(jié)合生成水的過程。它是將氫（可來自純氫燃料，也可從甲醇等高氫燃料甚至從水中催化分離獲得）送到負(fù)極通道。由于負(fù)極催化劑的作用，氫原子中的電子被分離出來，受正極吸引在外電路形成電流，因而可用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)。失去電子的氫離子被允許穿過電解質(zhì)，與正極區(qū)的氧（可從空氣中獲得）結(jié)合而成水。在這個(gè)過程中，燃料中的化學(xué)能即被直接轉(zhuǎn)化為電能。
1.3燃料電池的類型燃料電池的工作效率和功率密度主要依賴于選用的電解質(zhì)和催化劑材料及工作溫度。選用不同的電解質(zhì)、催化劑和工作溫度，便構(gòu)成了不同類型的燃料電池。目前已開發(fā)有效的燃料電池有堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體電解質(zhì)燃料電池（SOFC）以及質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）。其中，PEMFC被很多專家看成最有可能在不久的將來取代汽車內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力裝置。由于其功率密度高，工作溫度低，起動(dòng)性能好，結(jié)構(gòu)緊湊及安全可靠等而被公認(rèn)為是車載燃料電池的發(fā)展方向。
1.4PEMFC的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用典型的質(zhì)子交換膜燃料電池是由電極、與電極相接觸的膜、集流板、冷卻劑、護(hù)端板組成。電極是由多孔碳纖維紙上涂敷均勻的特氟隆顆粒和催化劑（如柏）粒子構(gòu)成。鉑等貴金屬的用量已從最初的5mg/cm2降至lmg/cm2甚至更低。質(zhì)子交換膜是由含氟化聚合物材料的薄膜制成，有很好的化學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，透氣但不泄漏液體。此膜除了起酸性電解質(zhì)作用外，還將燃料氣體與氧化劑氣體分開。集流板由金屬、石墨或石墨組件制成。另有蓋板作為電池外殼，保護(hù)電池。除了上述電池（堆）本體之外，PEMFC還有一個(gè)由控制器、氫氣循環(huán)管及氧和水循環(huán)管路組成的輔助系統(tǒng)。
在PEMFC研究方面，加拿大溫哥華市的Bal-land動(dòng)力系統(tǒng)公司處于世界領(lǐng)先水平。該公司在電解膜組成電極，形成單電池。供給陽極的氫，通過多孔電極擴(kuò)散到可分離成質(zhì)子和電子的催化層，轉(zhuǎn)化為電能和水。該電池的質(zhì)量功率很高，達(dá)到700W/kg，比“奔馳”公司1994年研制的氫燃料電池高5倍，達(dá)到了普通汽車動(dòng)力的要求，也符合美國(guó)能源部的標(biāo)準(zhǔn)。使氫燃料電池的實(shí)用化程度邁進(jìn)了一大步，是對(duì)燃料電池研究的新突破。因此該項(xiàng)成果紛紛被世界著名大公司如“奔馳”、“通用”和“馬自達(dá)”等公司所采用。
據(jù)報(bào)道，世界首輛適合于日常使用的氫燃料電池汽車已于1997年5月駛上柏林街頭。由德國(guó)“奔馳”汽車公司制成的這輛氫燃料電池電動(dòng)汽車，是一輛6座小型客車。氫燃料箱裝在汽車頂部，燃料電池置于車內(nèi)第三排座位下方?？偣β蕿?0kW，最篼車速110km/h，一次充氫行駛路程超過250km.此外，寶馬汽車公司與西門子公司也雄心勃勃，預(yù)言200534年能聯(lián)手將這一革命性汽車投放市場(chǎng)。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
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、無人設(shè)備
1-5電動(dòng)車用新型直接甲醇燃料電池PEMFC大都是以氫作為燃料，其它非氫燃料如一氧化碳、甲醇及天然氣等，均需通過復(fù)雜的重整技術(shù)先轉(zhuǎn)化為氫氣后方可輸人燃料電池發(fā)電。能否將燃料不經(jīng)重整而直接用于燃料電池發(fā)電呢，直至近幾年美國(guó)開發(fā)出來的甲醇直接氧化/空氣（或氧）燃料電池（簡(jiǎn)稱直接甲醇燃料電池：DMPEMFC）才解決了這一難題，并在短期內(nèi)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。
DMPEMFC以甲醇作為負(fù)極，空氣或氧作為正極，可供質(zhì)子傳導(dǎo)的固體高聚物作為電解質(zhì)并兼作隔板，將甲醇直接氧化發(fā)電。其基本工作原理為：陽不難看出，其主要優(yōu)點(diǎn)是：1）甲醇可在電池反應(yīng)中一步生成C02和水，對(duì)環(huán)境不造成任何污染和污染的再轉(zhuǎn)移；2）燃料可源源不斷地加人，無須中斷行駛而對(duì)電池充電；3）免去復(fù)雜的從非氫燃料轉(zhuǎn)為氫的重整設(shè)備和低密度氫氣儲(chǔ)存設(shè)備，使電池總體結(jié)構(gòu)更為緊湊；4）效率高，比能量大，壽命長(zhǎng)，工作時(shí)紅外幅射低，無噪音。
DMPEMFC的研究時(shí)間不過35年，但受到各國(guó)政府的高度重視，成果顯著。一年前，電池性能尚處于單電池100mA/cm2放電0.5V的水平，到1996年3月電池的平均性能已提高到200mA/cm2放電，工作電壓達(dá)0.4V以上。短路電流20003000mA/cm2，功率密度>0.15W/cm2.壽命已從2年前的200h提高到目前的4000h以上。
此外，也有人提出從天然氣中制取氫。美國(guó)天然氣公司說已經(jīng)通過被稱為轉(zhuǎn)化爐的裝置，讓天然氣與密集的熱蒸氣混合，產(chǎn)生出大量的氫來。但均未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。
2飛輪電池90年代初，“飛輪電池‘’的概念一經(jīng)提出，便以其能量密度高、體積小、質(zhì)量輕、充電快、壽命長(zhǎng)、無任何廢氣廢料污染等特點(diǎn)，引起世界各國(guó)的重視。據(jù)介紹，先進(jìn)的飛輪電池其比能量可達(dá)150Wh/kg（鎳基電池的23倍）。比功率為500010000W/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般化學(xué)蓄電池和內(nèi)燃機(jī)的比功率（先進(jìn)化學(xué)蓄電池為200400W/kg，內(nèi)燃機(jī)為600800W/kg）。其快速充電過程可在十幾分鐘內(nèi)完成且能量?jī)?chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，即使超快速充電，也無化學(xué)電池的損壽問題，整個(gè)電池的使用壽命遠(yuǎn)長(zhǎng)于各種化學(xué)蓄電池。更重要的是，飛輪為純機(jī)械結(jié)構(gòu)，不會(huì)像內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生排氣污染，同時(shí)也沒有化學(xué)蓄電池的化學(xué)反應(yīng)過程，不會(huì)引起腐蝕，也無廢料的處理回收問題。
飛輪電池實(shí)際上是一種機(jī)/電能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存裝置。它是利用飛輪儲(chǔ)存和釋放能量的功能作成的一種機(jī)械式的蓄電池，即所謂飛輪電池。充電時(shí)，飛輪中的電機(jī)以電動(dòng)機(jī)的形式運(yùn)行，在外電源的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，達(dá)到極高的轉(zhuǎn)速，從而完成電能―機(jī)械能轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能過程；放電時(shí)，飛輪中的電機(jī)以發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，在飛輪的帶動(dòng)下，對(duì)外輸出電能，完成機(jī)械能―電能轉(zhuǎn)換的釋放過程。
對(duì)于車用飛輪電池來說，為增大蓄能量應(yīng)著重在提高飛輪轉(zhuǎn)速而不是質(zhì)量和體積上。同時(shí)應(yīng)盡量減少飛輪旋轉(zhuǎn)阻力，降低損耗。據(jù)有關(guān)計(jì)算表明，要想使直徑為230mm、質(zhì)量為13.5kg的飛輪電池達(dá)到150W/kg的比能量，必須使飛輪轉(zhuǎn)速提高到15美國(guó)在飛輪電池研制方面處于世界領(lǐng)先水平。
美國(guó)飛輪系統(tǒng)公司（AFS）采用Kavlar先進(jìn)碳纖維復(fù)合材料繞制成飛輪，并利用其合作者Honeywell公司在制造飛機(jī)、特種用陀螺儀方面的高新技術(shù)，研制出飛輪電池。該電池的飛輪置于真空鼓中，在磁浮軸承上高速運(yùn)轉(zhuǎn)，充電后其轉(zhuǎn)速可達(dá)20萬r/min.利用此飛輪電池以克萊斯勒LHS轎車為原型改裝的飛輪電池轎車AFS20.由20節(jié)飛輪電池驅(qū)動(dòng)，每節(jié)電池直徑230mm，質(zhì)量為13.64kg.電池用市電充電需6h，快速充電只需15min，―次充電行駛路程可達(dá)560km，而原型LHS汽油車為520km.其加速性能從096km/h只需6.5s.這種飛輪電池能量密度至少為鉛酸電池的56倍，無任何污染，其壽命為321萬km左右。進(jìn)一步的研究將是解決電池在汽車事故中的狀態(tài)，軸承在壞路上行駛時(shí)的可靠性以及振動(dòng)、自放電等問題。
最近，日本石油公司和橫濱雪谷控制研究所共同研制出一種電動(dòng)車輛用的飛輪電池，其飛輪是控制人造衛(wèi)生姿勢(shì)的一種陀螺。飛輪呈現(xiàn)圓錐體形，半徑230mm，質(zhì)量65kg，由輕質(zhì)碳纖維強(qiáng)化塑料制成。充電后最高轉(zhuǎn)速為3.6萬r/min.飛輪在大氣中旋轉(zhuǎn)速度為2100r/min，動(dòng)能的85%可轉(zhuǎn)化成電能。
一次充能行駛路程高達(dá)480640km.這種飛輪電池具有與鋰離子電池相同或更大的能量密度，并至少16年不需更換。
3超大容量電容器電容器是蓄電器，只是電能釋放很快。電動(dòng)車輛就是利用這個(gè)特點(diǎn)，在車輛爬坡和加速時(shí)，讓超大容量電容器（1001000F）釋放大量的電能，和電池一起作功，以滿足爬坡和加速時(shí)的大功率需要。這種器件的使用將大大改善電動(dòng)車輛的動(dòng)力性能，減輕一般蓄電池的負(fù)荷壓力，延長(zhǎng)電池使用壽命，相應(yīng)也就延長(zhǎng)了電動(dòng)車輛的一次充電行駛路程。
國(guó)外，已制造出達(dá)到1000F的電容器，比能量可達(dá)6Wh/kg，比功率4000W/kg.比能量達(dá)2530Wh/kg及充放電次數(shù)超過5萬次的新型電容器可望實(shí)現(xiàn)。
4核電池目前，世界上有部分科學(xué)家大膽地提出在電動(dòng)汽車上使用核電池的設(shè)想。
核電池與人們比較熟悉的特種不同，它們不僅規(guī)模上相差懸殊，發(fā)電原理也不一樣（特種是利用裂變能），也不是利用高溫篼壓下的聚變反應(yīng)（如氫彈），而核電池是利用射線能量發(fā)電。
因此，可以說核電池是利用能量轉(zhuǎn)換機(jī)制。大體上可分為直接和間接兩種，也可按能量轉(zhuǎn)換過程分為熱轉(zhuǎn)換機(jī)制和非熱轉(zhuǎn)換機(jī)制兩大類。具體說，目前基本上有以下幾種：1）直接充電機(jī)制；2）接觸勢(shì)方法；3）輻射伏特效應(yīng)能量轉(zhuǎn)換；4）磁約束下（3粒子電磁輻射收集機(jī)制；5）射線致熒光伏特效應(yīng)；6）溫差發(fā)電機(jī)制；7）熱離子發(fā)射機(jī)制；8）熱機(jī)轉(zhuǎn)換機(jī)制等。
目前，俄羅斯與美國(guó)等已將核電池用于心臟起搏器、無人氣象站和無線電話等更為廣泛的領(lǐng)域，并且開發(fā)出大功率熱機(jī)制核電源，用于火箭的動(dòng)力和航天器的電源。因此，可以預(yù)計(jì)在21世紀(jì)，科學(xué)家們將會(huì)在電動(dòng)汽車上應(yīng)用一種長(zhǎng)期工作不需維修、篼效大功率、小體積、低成本核電池。
