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500Kg电池可让电动汽车续航550公里
———中国学者首创新型双离子电池技术
2016-04-05 10:11  · 来源:经济日报  · 作者:佘惠敏  · 责编:王长尧

  中国科学院深圳先进技术研究院唐永炳研究员及其研究团队的最新成果新型高能量密度铝—石墨双离子电池技术,近日在国际能源材料顶级期刊《先进能源材料》上发表后,又受到德国科学网“Wissenschaft aktuell”邀请报道,广受业界关注。该技术若实现产业化,将对现有锂电产业格局产生重大影响。

  “该发现让人惊奇,是从未报道过的新电池技术”,编辑在通知研究成果被期刊录用时,将匿名审稿人的评价这样传递给唐永炳。

  目前便携式电子设备、电动汽车、可再生能源系统等领域的主要能源转换和存储设备都是锂离子电池,但是商用锂离子电池的能量密度低、制造成本较高,且传统锂离子电池的电极材料含有毒金属,电池废弃会造成严重的环境问题。特别是当前新能源汽车用的动力电池行业需求火爆,但目前动力电池技术仍是拦在新能源汽车发展前的一条沟壑。不论锂离子电池组驱动的电动汽车,还是燃料电池驱动的电动汽车,都存在成本和续航里程的挑战。

  而唐永炳团队发现的新型高能量密度铝—石墨双离子电池,是一种全新的高效、低成本储能电池。

  这种新型电池把传统锂离子电池的正负极进行了调整,用廉价且易得的石墨替代目前已批量应用于锂离子电池的钴酸锂、锰酸锂、三元或磷酸铁锂作为电池的正极材料;采用铝箔同时作为电池负极材料和负极集流体;电解液由常规锂盐和碳酸酯类有机溶剂组成。该电池工作原理有别于传统锂离子电池:充电过程中,正极石墨发生阴离子插层反应,而铝负极发生铝-锂合金化反应,放电过程则相反。这种新型反应机理不仅显著提高了电池的工作电压(3.8-4.6V),同时大幅降低电池的质量、体积、及制造成本,从而全面提升了全电池的能量密度。

  这种技术如实现产业化,未来的手机可能会比现在再轻薄一半,同时我们的智能手机再也不需要一天一充电了,更是解决了电动汽车电池成本高昂以及续航里程短的关键问题。不过,目前该电池技术还有待优化,比如需要进一步提高电池的循环稳定性等。

  近年来,新能源汽车在政策的支持下风靡全球,行业上游也在诸多利好下迎来爆发。全球产量居前的龙头电池厂纷纷在华设厂。虽然新能源汽车市场的持续繁荣带动了电池产业,但不论是纯电动的动力电池,还是以氢为燃料的燃料电池,目前在技术上仍存在成本和续航里程挑战。目前全球对锂电的需求以每年7.7%的速度增长,其市场到2019年将达到1200亿美元(据美国弗里多尼亚集团市场调查)。

  根据机动车整车出厂合格证统计,2015年12月,我国新能源汽车生产9.98万辆,同比增长3倍。工信部部长苗圩在今年两会上提出,新能源车从2009年的培育期,到现在开始进入成长期。2015年产销30多万辆,比上年呈现高速增长的趋势。

  苗圩认为,目前新能源汽车发展遇到两个瓶颈,一是产品端,要集中攻克以动力电池为代表的产品性能、可靠性、续航里程、寿命等难题;二是以应用端为代表的充电设施建设,需要完善。苗圩表示,工信部对两个方面都已经作了一些安排,地方政府也有积极作为,可以保证新能源汽车有进一步发展。

  目前,政府对于新能源汽车的支持主要集中在市场销售的后端,在研发设计的前端投入比较少,这种“不平衡”会造成非常大的滞后效应,这也是当前电池技术发展跟不上市场销量增长的主要内因。该新型电池技术如实现产业化,有望改变现有锂电产业格局。

  初步估算,500Kg(千克)的铝—石墨电池的续航里程可达到约550公里。与传统的锂电技术相比,这种电池具有明显的优势,不仅生产成本降低约40%-50%,同时能量密度提高至少1.3-2.0倍。

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