代用燃料简谈：电池电动汽车和燃料-电池混合电动汽车—技术是瓶颈（ZT）

代用燃料简谈（４）电池电动汽车和混合电动汽车

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送交者: 嘿嘿，嘿 于 2007-05-07 11:22:48

代用燃料简谈：电池电动汽车和燃料-电池混合电动汽车—技术是瓶颈

九 十年代加州议会通过决定在新世纪要求“汽车尾气零排放”（由于加州工业多人口多污染也重一般环保规定比其它州严格，这方面往往是加州立法在先，别的州跟 进，然后联邦立法）。由于太阳能汽车氢燃料电池汽车等距离商业化尚远，在当时看来只有电池电动汽车（battery electric vehicle, EV）能够满足这个要求了。而这有赖于新型电池，于是这个领域工作特别多，各种公司如“雨后春笋”般钻出来了。更不用说各大汽车公司更是尽力以赴，一方面 游说阻止实施，一方面发展电动汽车(EV)和混合电动汽车（hybrid electric vehicle, HEV)。

电动汽车有其 固有优点，那就是能源效率高。一般燃料车的内燃机采用OTTO循环，受热机循环效率的限制，能量效也就~20%，在很稀少的情况下能够达到25%。而电机 效率可以轻松地达到55%以上。这个优势明显的很。其次，电池电机清洁无废气什么的污染。安静，无噪音，不象燃料汽车。不过后来发现这原来是个缺点：人家 听不到声音，容易出事故，所以还是希望有些儿噪音才比较好。

然而要电池实用到汽车上就不容易了。首先，必须是可反复充/放电的二次电池 （总不能过一小段时间就换电池），而且充放电次数要多，使用寿命要长（一般要求shelf life要长于五年, 或能够跑6万英里以上），必须充放电迅速（10 分钟以内。除了停车库里充电的情况外，谁肯等几个小时几十分钟充电？而放电慢了，电机功率低，加速/速度性能就差了），可深度放电。其次，必须体积能量密 度(volumetric 或 mass energy density，瓦小时/公斤（升）)足够，最好能够体积不太大比如就跟现在的油箱差不多就行（有本事能更小也不坏），而一次充电后能够跑400英里以上 （越远越好，实际上如今对HEV plug-in要求是电池支撑４０mile能满足绝大多数上下班去商店需要就行）。电池本身要不贵，要安全（使用中不起火爆炸），还要环保才好（无毒无 害）。

盘点（当时）现成的电池谁也做不到以上各点。即使是今天也还没有真正达到要求的。最初采用很大号的铅酸电池，其优点是便宜且寿命 长，充放电性能较好。缺点则是能量密度低（&lt40 w-h/kg)，铅有毒，酸腐蚀，且易泄露产生危害，而且这种电池不能深度放电（否则缩短寿命）。已经商业化应用的有叉车及高尔夫车。镍系电池较好些，包 括镍镉（Ni-Cd），镍铁（Ni-Fe)等，其能量密度高些（~55 w-h/kg)，可以深度放电（100%），但里程小（一次充电200英里以下）价格贵，可能达到一辆汽车所需电池1-2万美元，根本不可行，且镉毒性 大。而镍金属氢电池（Ni Metal Hydride－NiMH)更好些，比能量高（约100 w-h/kg)，低毒性，相对不很贵，在试验阶段一次充电里程或可达~２00英里。事实上现在的示范性EV和HEV就使用这种电池。对HEV，电池要求可 低些，所以现阶段发展较好。

研究得较多的新型电池是锂离子电池，其正极材料包括锂-导电聚合物电池，钴酸锂(LiCoO2)，镍酸锂 (LiNiO2)，尖晶石型次锰酸锂(LiMn2O4)，及最新的磷钒酸锂，磷铁酸锂等。锂-导电聚合物电池重量能量密度高但体积能量密度不够高，较贵。 钴酸锂应用较多，但过量充电会爆炸，镍酸锂的稳定性未解决。锂-锰尖晶石较好，但高温下容量降低较快，达不到要求。

九十年代中后期我们公 司与许多家电池电极材料公司组成联盟为汽车厂商做EV/HEV用的新型锂电池，我们专长于锂-锰尖晶石体系（其大型化生产的材料为世界上TOP THREE），但到底未能及时解决好高温（其实就60 C）稳定性，而汽车厂商不肯等了，2000年时决定使用了镍混合金属电池，于是联盟解散，我们几年间投入的千多万美元研发费用完全泡汤，整个研究中心解 散。这就是一个技术未跟上的例子。同时汽车厂商游说奏效，零排放（zero-emission）推迟实施，EV/HEV商业化也就放慢了。所以说燃料能源 上的事情政治很重要，技术也不容易啊。

等到我们后来想重新搞电池时，新的公司新的材料（磷钒酸锂，磷铁酸锂等）出现了。对我们公司来说这 个投入是彻底的失败。其实现阶段不成熟。即使说汽车用电是清洁燃料，但发电主要还是煤，电动汽车消耗电间接污染大，当然核能发电例外，但绿色组织反核。如 果发展核聚合发电或太阳能发电，或者比较合适。但在当前都还只是空谈而已。