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鋰離子電池的技術發(fā)展及對電動車的助力 挑戰(zhàn)在于電池材料及工藝

添加時間:2020-04-29 09:07:51   瀏覽次數: 次    【 】   打印   關閉窗口

   據外媒報道,新一代的電動車自10年前起開始出現在路面上。美國佐治亞理工學院的研究人員耗費了一年時間,追蹤了近500名美國駕駛員的駕駛習慣,旨在確認電動車是否適合這類人群使用。

   研究人員發(fā)現,近三分之一的受訪者表示,他(她)們可以用續(xù)航里程為100英里(約合160公里)的電動車完成其絕大部分出行活動。只有6%的情況所涉及的出行距離較遠,可能需要用戶將電量充滿后再出行,或租用一輛汽油車。

   如今,電動車的發(fā)展情況更好了。許多電動車續(xù)航里程數已遠不止200英里(約合320公里),某些大尺寸、高端車型的續(xù)航里程數甚至能達到近400公里。畢竟,仍有許多潛在的購車用戶擔心車輛在半途中電量耗盡。長續(xù)航版電池可緩解用戶的“電動車里程數焦慮”,但“還有很多坑要填”。

   許多電動車所搭載的電池都是鋰離子電池,該款產品是索尼公司于1991年實現商業(yè)化的電池設計,該類電池的特別之處在于其蓄能容量較高。目前,電動車車載電池的能量密度通常為200wh/kg,當代鋰離子電池可將200 watt-h(huán)our的電勢注入到1千克的電池套件(kit)中。該數據是舊款鉛酸電池的5倍,研究人員們正在持續(xù)研究改進,旨在提升鋰離子電池性能。

   鋰離子電池的名字取自其內部的鋰離子。但這類電池放電時,陽極會產生鋰離子。然后,該鋰離子將通過電池隔板(只有鋰離子能通過)至電解液中,然后再擴散至陰極。陽極的電子將消失,沿著外部電路進入陰極。在該過程中產生的電流將被用于驅動電機。而在陰極位置,離子和電子重新結合。該情況將持續(xù)至用戶通過充電線纜將車輛與充電設備連通時,整個流程將逆轉。

   對于車輛這類重量敏感型應用而言,鋰金屬是化學元素周期表中最輕的一款金屬,但該金屬的(化學)反應性也較高。電芯的構建需要非常謹慎,避免瑕疵,否則將可能引發(fā)電池短路乃至于電池起火事故。陽極通常由富碳材料(carbon-rich material)組成,陰極內的鋰金屬通常容易被部分氧化,從而生成鋰鈷氧化物(lithium cobalt oxide)。

   而鈷金屬是最為昂貴的一款電池材料,電池制造商們都試圖減少該材料的使用量。許多鈷礦都位于剛果民主共和國,而采礦條件非常惡劣,甚至有使用童工的情況出現。業(yè)內的主流思路是減少電鈷金屬在鋰電池內的使用量,同時調升鎳和錳的用量,以便生產NMC電池(三元鋰電池)。

   去年,中國最大的電池制造商——寧德時代開始量產NMC電池,其能量密度達到240wh/kg。而特斯拉等其他公司則希望進一步削減甚至擺脫對鈷金屬的依賴,但特斯拉卻對其電池計劃的明細內容守口如瓶。

   為降低電池材料的成本,隨著寧德時代、特斯拉及其他對手的產能提升,這類電池的價格將穩(wěn)步下滑。據彭博新能源財經透露,2012年鋰電池的平均售價為1160美元/千瓦時(約合8204.68元/千瓦時)。到2024年,其售價將低于100美元/千瓦時(約合707.3元/千瓦時)(見圖表)。屆時,與內燃機車相比較,電動車的競爭優(yōu)勢將更大。


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