當前研究開發的(de)電動汽車動力電池主要包括鉛酸電池、鎳金屬電池、锂離子蓄電池、高(gāo)溫鈉電池、金屬空氣電池、超級電容、飛(fēi)輪電池以及具有更好發展遠(yuǎn)景的(de)燃料電池和(hé)太陽能電池。
1、鉛酸電池 鉛酸電池已有100多(duō)年的(de)曆史,廣泛用(yòng)作内燃機汽車的(de)起動動力源,它也(yě)是成熟的(de)電動汽車蓄電池。鉛酸電池正負電極分(fēn)别爲二氧化(huà)鉛和(hé)鉛,電解液爲硫酸。鉛酸電池又可(kě)以分(fēn)爲兩類,即注水(shuǐ)式鉛酸電池和(hé)閥控式鉛酸電池。前者價廉,但需要經常維護,補充電解液;後者通(tōng)過安全控制閥自動調節密封電池體内在充電或工作異常時(shí)産生的(de)多(duō)餘氣體,免維護,更符合電動汽車的(de)要求。總體上說,鉛酸電池具有可(kě)靠性好、原材料易得(de)、價格便宜等優點,比功率也(yě)基本上能滿足電動汽車的(de)動力性要求。但它有兩大(dà)缺點;一是比能量低,所占的(de)質量和(hé)體積太大(dà),且一次充電行駛裏程較短;另一個(gè)是使用(yòng)壽命短,使用(yòng)成本過高(gāo)。由于鉛酸電池的(de)技術比較成熟,經過進一步改進後的(de)鉛酸電池仍将是近期電動汽車的(de)主要電源,正在開發的(de)電動汽車用(yòng)先進鉛酸電池主要有以下(xià)幾種:水(shuǐ)平鉛酸電池、雙極密封鉛酸電池、卷式電極鉛酸電池等。
2、目前在電動汽車上使用(yòng)的(de)鎳金屬電池主要有镉鎳電池和(hé)氫鎳電池兩種。镉鎳電池和(hé)鉛酸電池相比,能夠達到比能量55Wh/kg,比功率200W/kg,循環壽命2000次,而且可(kě)以快(kuài)速充電,雖說其價格爲鉛酸蓄電池的(de)4~5倍,但由于其在比能量和(hé)使用(yòng)壽命方面的(de)優勢,因此其長(cháng)期的(de)實際使用(yòng)成本并不高(gāo)。但由于其含有重金屬镉,在使用(yòng)中不注意回收的(de)話(huà),就會形成環境污染,目前許多(duō)發達國家都已限制發展和(hé)使用(yòng)镉鎳電池。而氫鎳電池則是一種綠(lǜ)色鎳金屬電池,它的(de)正負極分(fēn)别爲鎳氫氧化(huà)物(wù)和(hé)儲氫合金材料,不存在重金屬污染問題,且其在工作過程中不會出現電解液增減現象,電池可(kě)以實現密封設計。鎳氫電池在比能量、比功率及循環壽命等方面都比镉鎳電池有所提高(gāo),使用(yòng)氫鎳電池的(de)電動汽車一次充電後的(de)續駛裏程曾經達到過600公裏,目前在歐美(měi)已實現了(le)批量生産和(hé)使用(yòng)。氫鎳電池就其工作原理(lǐ)和(hé)特點是适合電動汽車使用(yòng)的(de),它已被列爲近期和(hé)中期電動汽車用(yòng)首選動力電池,但其還(hái)存在價格太高(gāo),均勻性較差(特别是在高(gāo)速率、深放電下(xià)電池之間的(de)容量和(hé)電壓差較大(dà)),自放電率較高(gāo),性能水(shuǐ)平和(hé)現實要求還(hái)有差距等問題,這(zhè)些問題都影(yǐng)響著(zhe)氫鎳電池在電動汽車上的(de)廣泛使用(yòng)。
3、锂離子蓄電池 锂離子蓄電池是90年代發展起來(lái)的(de)高(gāo)容量可(kě)充電電池,能夠比氫鎳電池存儲更多(duō)的(de)能量,比能量大(dà),循環壽命長(cháng),自放電率小,無記憶效應和(hé)環境污染,是當今各國能量存儲技術研究的(de)熱(rè)點,主要集中在大(dà)容量、長(cháng)壽命和(hé)安全性三個(gè)方面的(de)研究。锂離子蓄電池中,锂離子在正負極材料晶格中可(kě)以自由擴散,當電池充電時(shí),锂離子從正極中脫出,嵌入到負極中,反之爲放電狀态,即在電池充放電循環過程中,借助于電解液,锂離子在電池的(de)兩極間往複運動以傳遞電能。锂離子蓄電池的(de)電極爲锂金屬氧化(huà)物(wù)和(hé)儲锂碳材料,根據電解質的(de)不同,锂離子蓄電池一般可(kě)分(fēn)爲锂離子電池和(hé)锂聚合物(wù)電池兩種。
4、 高(gāo)溫鈉電池 高(gāo)溫鈉電池主要包括鈉氯化(huà)鎳電池(NaNiCl2)和(hé)鈉硫蓄電池兩種。鈉氯化(huà)鎳電池是1978年發明(míng)的(de),其正極是固态NiCl2,負極爲液态Na,電解質爲固态β-Al2O2陶瓷,充放電時(shí)鈉離子通(tōng)過陶瓷電解質在正負電極之間漂移。鈉氯化(huà)鎳電池是一種新型高(gāo)能電池,它具有比能量高(gāo)(超過100Wh/kg),無自放電效應,耐過充、過放電,可(kě)快(kuài)速充電,安全可(kě)靠等優點,但是其工作溫度高(gāo)(250-350℃),而且内阻與工作溫度、電流和(hé)充電狀态有關,因此需要有加熱(rè)和(hé)冷(lěng)卻管理(lǐ)系統。而鈉硫蓄電池也(yě)是近期普遍看好的(de)電動汽車蓄電池,它已被美(měi)國先進電池聯合體(USABC)列爲中期發展的(de)電動汽車蓄電池,鈉硫蓄電池具有高(gāo)的(de)比能量,但它的(de)峰值功率較低,而且這(zhè)種電池的(de)工作溫度近似300℃,熔融的(de)鈉和(hé)硫有潛在的(de)毒性,腐蝕也(yě)限制了(le)電池的(de)可(kě)靠性和(hé)壽命。
5、鋅空氣電池(Zinc-air) 鋅空氣電池是一種機械更換離車充電方式的(de)高(gāo)能電池,正極爲Zinc,負極爲Carbon(吸收空氣中的(de)氧氣),電解液爲KOH。鋅空氣電池具有高(gāo)比能量(200Wh/kg),免維護、耐惡劣工作環境,清潔安全可(kě)靠等優點,但是其具有比功率較小(90W/kg),不能存儲再生制動的(de)能量,壽命較短,不能輸出大(dà)電流及難以充電等缺點。一般爲了(le)彌補它的(de)不足,使用(yòng)鋅空氣電池的(de)電動汽車還(hái)會裝有其它電池(如鎳镉蓄電池)以幫助起動和(hé)加速。
6、超級電容 超級電容是爲了(le)滿足混合電動汽車能量和(hé)功率實時(shí)變化(huà)要求而提出的(de)一種能量存儲裝置,它是一種電化(huà)學電容,兼具電池和(hé)傳統物(wù)理(lǐ)電容的(de)優點。超級電容往往和(hé)其它蓄電池聯合應用(yòng)作爲電動汽車的(de)動力電源,可(kě)以滿足電動汽車對(duì)功率的(de)要求而不降低蓄電池的(de)性能,超級電容的(de)使用(yòng),将減少汽車對(duì)蓄電池大(dà)電流放電的(de)要求,達到減少蓄電池體積和(hé)延長(cháng)蓄電池壽命的(de)目的(de)。開發高(gāo)比能量、高(gāo)比功率、長(cháng)壽命、高(gāo)效率和(hé)低成本的(de)超級電容,可(kě)以提高(gāo)商業化(huà)電動汽車動力性(特别是加速能力)、經濟性和(hé)續駛裏程。根據電極材料的(de)不同,超級電容可(kě)分(fēn)爲碳類超級電容(雙電層電化(huà)學電容)和(hé)金屬氧化(huà)物(wù)超級電容兩類。
7、飛(fēi)輪電池 飛(fēi)輪電池是90年代才提出的(de)新概念電池,它突破了(le)化(huà)學電池的(de)局限,用(yòng)物(wù)理(lǐ)方法實現儲能。飛(fēi)輪電池是一種以動能方式存儲能量的(de)機械電池,它由電動/發電機、功率轉換、電子控制、飛(fēi)輪、磁浮軸承和(hé)真空殼體等部分(fēn)組成,具有高(gāo)功率比、高(gāo)能量比、高(gāo)效率、長(cháng)壽命和(hé)環境适應性好等優點。飛(fēi)輪電池中的(de)電機,在充電時(shí)該電機以電動機形式運轉,在外電源的(de)驅動下(xià),電機帶動飛(fēi)輪高(gāo)速旋轉(可(kě)達到200000rpm),即用(yòng)電給飛(fēi)輪電池“充電”增加了(le)飛(fēi)輪的(de)轉速從而增大(dà)其動能;放電時(shí),電機則以發電機狀态運轉,在飛(fēi)輪的(de)帶動下(xià)對(duì)外輸出電能,完成機械能(動能)到電能的(de)轉換。要開發适合電動汽車的(de)實用(yòng)性飛(fēi)輪。
8、燃料電池 燃料電池是一種将儲存在燃料和(hé)氧化(huà)劑中的(de)化(huà)學能通(tōng)過電極反應直接轉化(huà)爲電能的(de)發電裝置,它的(de)基本化(huà)學原理(lǐ)是水(shuǐ)電解反應的(de)逆過程,即氫氧反應産生電、水(shuǐ)和(hé)熱(rè)。它不需要燃燒、無轉動部件、無噪聲、運行壽命長(cháng)、可(kě)靠性高(gāo)、維護性能好,實際效率能達到普通(tōng)内燃機的(de)2至3倍,加之其最終産物(wù)又是水(shuǐ),真正達到清潔、可(kě)再生、無排放的(de)要求,是21世紀的(de)首選能源。而且,燃料電池也(yě)不需要像其它電池那樣進行長(cháng)時(shí)間的(de)充電,它隻需要像給汽車加油一樣補充燃料即可(kě)。據美(měi)國ABI調查公司預測,2011年全球燃料電池汽車的(de)産量将達到240萬輛,占世界汽車總産量的(de)4.3%,日本政府也(yě)計劃在十年内普及燃料電池。2002年12月(yuè),日本豐田公司已向日本政府交付了(le)第一批商用(yòng)燃料電池電動汽車。燃料電池由正負電極、催化(huà)層和(hé)電解質構成,根據電解質的(de)不同,燃料電池可(kě)分(fēn)爲磷酸型、質子交換膜型、堿性型、熔融碳酸鹽型和(hé)固體氧化(huà)物(wù)型等幾種,目前隻有質子交換膜型燃料電池最适合電動汽車使用(yòng),我國研制成功的(de)“中國氫動力首号車”使用(yòng)的(de)就是質子交換膜型燃料電池。一套較完整的(de)燃料電池系統由以下(xià)幾個(gè)部分(fēn)組成:燃料處理(lǐ)部分(fēn)、燃料電池、直流交流轉換器和(hé)熱(rè)能管理(lǐ)部分(fēn)。 9、太陽能電池 太陽能電池是一種把光(guāng)能轉換爲電能的(de)裝置,太陽能已廣泛用(yòng)于照(zhào)明(míng)、家用(yòng)電器、發電、交通(tōng)信号、地質、航天等領域。目前,部分(fēn)機構也(yě)已研制出了(le)使用(yòng)太陽能電池的(de)電動汽車樣車,但是由于太陽能電池還(hái)存在光(guāng)電轉換效率不高(gāo)、價格太高(gāo)、電池系統配置較複雜(zá)等問題,近期内隻能作爲電動汽車的(de)補充電源,還(hái)不能大(dà)規模的(de)生産應用(yòng),但太陽能作爲最清潔的(de)、取之不盡用(yòng)之不竭的(de)能源,對(duì)它的(de)研究和(hé)應用(yòng)必将會取得(de)長(cháng)足的(de)進步。