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锂空气电池有望使电动车达到与汽油车同等行驶里程

时间:2011-07-14 17:10:16来源:中国氢能源网

sciencedaily报道:锂-空气电池有望给电动车带来广泛前景,丹麦国家实验室材料研究所高级科学家认为,如果能成功的开发这项技术,考虑到内燃机只有30%左右的效率,锂-空气电池的能量密度将会达到汽油和柴油的级别。如果拥有如此高密度的电池变成现实,那么我们就可以设想电动卡车的出现。

    众所周知,电动车的致命弱点是电池的能量密度低,续航里程极短。电动车的首要优点是它可以并入智能电网,它能作为未来电网的一种缓冲。

2吨电池还是50升汽油?

丹麦瑞索实验室一份能源报告提到,当今电池的能量密度比化石燃料要低两个数量级。这就意味着拥有50升汽油能量电池包重量会高达1.52吨。

-空气电池能达到同汽油相同的有效能量密度

-空气电池以锂为阳极,以多孔碳为阴极在工作时吸收空气中的氧气。因此我们可以说电池的一端是开路,或者说它有自己的氧气供应。在放电时,氧气和锂反应生成Li2O2,充电时进行相反的反应释放出氧气。两个反应都是在碳电极表面进行。

充电困难

   在过电压放电后,电池需要充电。锂-空气电池所谓的平衡电压是3V。电池放电时,电压降至2.6-2.7V. 要重新充电,电压必须增至4.5V。相较而言锂离子电池只能在10%的过电压下充电。锂-空气电池充放电循环能量损失大约在40%。要降到和锂离子电池一样的10%的损失对其是一个严重的挑战。

   为了解决这一问题,Tejs Vegge对锂-空气电池进行了广泛的电脑计算,即所谓的DFT计算,DFT指密度函数理论。使用这一方法,有可能在原子水平应用著名的Schrödinger方程进行近似模拟,计算锂和氧如何反应。Tejs Vegge希望能够通过这种方式找到高过电压的原因和降低的方法,比如加入合适的催化剂。

除了电脑计算,X光和中子射线都用来对电池进行检查。最后对电池在实际运行中的特性进行了测试。对大的锂电池包的测试是在燃料电池及固体化学研究所改装冷冻中进行的。电池必须能经受极寒和极热的考验,而冷冻箱中温度可以低至零下60°C 高至50°C 

必须快速放电——至少300

现如今,金属空气电池只是应用在对能量密度有高需求的一次性电池上,比如军用设备,还有助听器上使用的一次性锌-空气电池。如果电池在其寿命之内要为汽车续航25000公里里程,并且电池充一次电能维持800公里左右,那么它必须能够做到300次满充满放。锂-空气电池试件目前只能达到50次,所以研究人员面临着很大的挑战。

除了充电次数必须满足要求,还必须实现快速充电。将汽油加满油箱只需要几分钟,然后汽车又可以再行驶800-1000公里。这对于锂-空气电池是一个极大的挑战,因为它虽然能含有和汽油等量的能量,但充电时间却要多得多。

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