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石墨烯電池能否實(shí)現(xiàn)新能源汽車的超快速充電

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:924次  |  2018年07月29日  

動(dòng)力電池的充電速度由動(dòng)力電池本身使用的電極材料、充電樁充電功率、動(dòng)力電池溫度三點(diǎn)決定。石墨烯電池具備超快速充電的能力,但石墨烯的量產(chǎn)依舊是難題。

電動(dòng)汽車在國(guó)家政策的推動(dòng)下開(kāi)始加速發(fā)展,而對(duì)于剛剛接觸純電動(dòng)汽車的消費(fèi)者而言,最為關(guān)心的還是充電時(shí)間和續(xù)航里程的問(wèn)題。但在目前的技術(shù)水平下,充電時(shí)間與續(xù)航里程往往難以兼得,因此在動(dòng)力電池的發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)了兩種不同的性能取向,一種更加專注于增加增加動(dòng)力電池的能量密度,從而增加續(xù)航里程;而另一種則更加專注于改善動(dòng)力電池的充電性能,以縮短電動(dòng)汽車的充電時(shí)間。

對(duì)于國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀而言,充電樁的布局大多集中在市區(qū)當(dāng)中,大多數(shù)消費(fèi)者選擇電動(dòng)汽車主要也是作為上下班的代步工具,因此可能更多的電動(dòng)車消費(fèi)者對(duì)于充電速度有著更高的期待,而續(xù)航里程基本能夠滿足使用需求。那么,當(dāng)下影響動(dòng)力電池充電速度的因素有哪些?又有沒(méi)有哪些黑科技能夠讓動(dòng)力電池具備極快的充電速度呢?

影響動(dòng)力電池充電速度的因素有哪些?

1.由動(dòng)力電池本身使用的電極材料決定:

要說(shuō)影響動(dòng)力電池充電速度的因素,動(dòng)力電池本身所使用的材料起到了至關(guān)重要的作用。充電時(shí),鋰離子需要加速瞬時(shí)嵌入到負(fù)極,這對(duì)動(dòng)力電池負(fù)極快速接收鋰離子的能力有著很大的挑戰(zhàn)。因此,若要想提高動(dòng)力電池的充電速度,其電池電極材料的應(yīng)用成為了關(guān)鍵。

動(dòng)力電池具備更高的充電速率,就意味著電極材質(zhì)較為活躍,日常使用當(dāng)中、特別是充電過(guò)程當(dāng)中可能會(huì)帶來(lái)更多的不穩(wěn)定性以及更大的發(fā)熱量。因此,通過(guò)改善電極材質(zhì)達(dá)到提升充電速率的方式,會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池成本的直線上升。

2.由充電樁充電功率決定:

既然充電是一個(gè)充電樁與電動(dòng)汽車交互的行為,那么充電樁也會(huì)影響充電速度的快慢。因不同運(yùn)營(yíng)商的充電樁,能夠輸出的充電功率也不同。在動(dòng)力電池能夠兼容的情況下,更高的充電功率能夠直接影響充電速度。

例如保時(shí)捷在近期發(fā)布的800V超快速充電技術(shù),其能夠在20分鐘的充電時(shí)間下獲得400公里的續(xù)航里程,而其充電速度快的主要原因,就是在于其采用了相比目前快速充電系統(tǒng)高出一倍的充電功率。但更高功率的充電樁將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)消耗大量電網(wǎng)資源,大面積的應(yīng)用也會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成巨大負(fù)荷。

3.由動(dòng)力電池溫度決定:

動(dòng)力電池的充電、放電,實(shí)質(zhì)上是一種可逆的化學(xué)反應(yīng),而化學(xué)反應(yīng)在不同的環(huán)境溫度下會(huì)呈現(xiàn)出不同的反應(yīng)速度。動(dòng)力電池低于理想使用溫度時(shí),低溫會(huì)降低電極的活躍性,導(dǎo)致充電速度降低;而高于動(dòng)力電池使用溫度時(shí),電極會(huì)過(guò)于活躍產(chǎn)生諸多不穩(wěn)定的因素,存在一定風(fēng)險(xiǎn)。目前,市面上已經(jīng)有一部分電動(dòng)汽車具備動(dòng)力電池加熱及制冷系統(tǒng),能夠在低溫或高溫環(huán)境當(dāng)中保證穩(wěn)定的充電速度。

想要實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池快速充電有哪些新的方向?

目前提升動(dòng)力電池充電速度的主要方向依然在使用新型電極材料上,若僅僅提升充電功率而電池?zé)o法獲得如此之快的轉(zhuǎn)化速度,也就將前期發(fā)展電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的寶貴資源,白白浪費(fèi)在了建設(shè)用不了的充電樁當(dāng)中。那么目前都有哪些新型的電極材料,能夠有效提升動(dòng)力電池的充電速度呢?

1.鈦鈮氧化物負(fù)極材料:

鈦鈮氧化物是基于鈦酸鋰的基礎(chǔ)上研發(fā)而來(lái)的,主要優(yōu)勢(shì)在于相對(duì)于鈦酸鋰?yán)碚撊萘?75mAh/g,鈦鈮氧化物的理論容量在280mAh/g左右。

去年10月,東芝宣布成功研發(fā)新一代車用鋰離子電池,有望在2019年商用。該電池正是采用了鈦鈮氧化物材料,相對(duì)目前三元、磷酸鐵鋰等技術(shù),其實(shí)現(xiàn)了顛覆性進(jìn)步。新電池具備能量密度高、充電效率快等優(yōu)點(diǎn),只需充電6分鐘就能達(dá)到90%的電量,可行駛320公里。目前鋰電池平均需30分鐘才能充至80%電量。

2.石墨烯負(fù)極材料:

石墨烯在鋰電池的應(yīng)用中,主要做負(fù)極活性材料和導(dǎo)電添加劑,可以大幅改善導(dǎo)電情況,降低內(nèi)阻,提升放電及充電速率,容量更高。近期,三星發(fā)布了一則報(bào)告稱,目前已研發(fā)出了基于石墨烯材料的新電池技術(shù),基于石墨烯材質(zhì)所造的電池將會(huì)比目前市面上的普通電池高出45%的容量,能夠在提高容量的同時(shí)擁有比標(biāo)準(zhǔn)充電速度快5倍的充電速度。

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但目前的科技水平,在石墨烯的提取過(guò)程中仍然存在著很多難題,并無(wú)法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),提煉的過(guò)程當(dāng)中也可能帶來(lái)很大的環(huán)境污染問(wèn)題。因此,石墨烯動(dòng)力電池若要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。

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