中國儲能網(wǎng)訊：今年以來，新能源汽車技術的崛起在全球范圍掀起了一波又一波淘金熱，而鋰電池更是熱得發(fā)燙。
得益于電動汽車等市場的發(fā)展，全球鋰離子電池產(chǎn)業(yè)繼續(xù)快速發(fā)展。業(yè)內(nèi)研究預測，2015年全球鋰離子電池市場規(guī)模將達到13287.43萬kWh，是2011年的近5倍，其中交通工具電動化市場的年均增長率要超過100%。2015年，全球鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達到523.2億美元。
就中國市場而言，2014年，中國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)將保持2013年勢頭繼續(xù)穩(wěn)步增長，有望迎來加速增長，全年產(chǎn)量或?qū)⑼黄?4億只；到2015年整個中國鋰離子電池的市場規(guī)模將突破1000億元，達到1251.5億元。
第一電動網(wǎng)匯總2014年第一季度國內(nèi)外電動汽車電池技術研發(fā)成果，以資參考。
電動汽車專用電池
3月
樂凱成功研發(fā)電動汽車高性能鋰離子電池隔膜
樂凱集團3月14日宣布，集團成功研發(fā)了面向電動汽車領域的高性能鋰離子電池隔膜，填補了中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中新材料和新能源材料領域的空白。該產(chǎn)品專有技術已申請國家專利3件，其中2件已獲得授權(quán)。
該產(chǎn)品的研制成功將改變目前高性能鋰電池隔膜依賴進口的局面，打破國外公司對該類產(chǎn)品和技術的壟斷，全面實現(xiàn)進口產(chǎn)品的替代，有力提升了中國高性能電池的國際競爭力；同時形成一系列具有市場競爭力的高分子材料技術，對發(fā)展中國高分子新材料產(chǎn)業(yè)具有積極作用。
江森自控攜手弗勞恩霍夫協(xié)會開發(fā)汽車電池技術
江森自控宣布，該公司同弗勞恩霍夫協(xié)會(Fraunhofer Gesellschaft)簽署了一項合作協(xié)議，共同開發(fā)用于汽車電池的下一代節(jié)能冷卻系統(tǒng)。
雙方的合作將首先專注于48伏微混電池技術，之前江森自控已經(jīng)展示了其微混電池技術，并有將燃油消耗量降低15%的潛力，從而幫助各車企滿足不斷嚴格的法規(guī)，而消費者的油耗成本也將得到降低。
江森自控表示，該公司同弗勞恩霍夫協(xié)會在汽車電池冷卻系統(tǒng)方面開發(fā)的技術將首先在歐洲采用，隨后將快速地推廣至美國，到2020年將進一步實現(xiàn)在全球范圍推廣。
德國普瑞公司推出全新電池管理系統(tǒng)
日前，德國普瑞公司(Preh)宣布推出其最新電池管理系統(tǒng)，該全新電池管理系統(tǒng)主要針對純電動寶馬i3車型。該電池管理系統(tǒng)由電子控制元件電池管理單元和電池監(jiān)控傳感器單元組成，其所有組成單元均由德國普瑞汽車零部件供應商提供。
此次，普瑞公司(Preh)推出的全新電池管理系統(tǒng)可以為高壓電池系統(tǒng)提供平穩(wěn)的充電電壓。由于在純電動驅(qū)動的汽車上，高壓電池系統(tǒng)的能量消耗是無時無刻的，即便是在車輛剎車能量回收階段高壓電池系統(tǒng)始終保持工作狀態(tài)，因此能夠保證充放電電壓的平穩(wěn)可以有效地提高車輛電池的性能。此外，不同敏捷制造公差等級的電池組具有不同的對應充電電壓。正是由于這個原因，普瑞公司(Preh)此次推出的全新電池管理系統(tǒng)的電池監(jiān)控傳感器單元(CSSU)將時刻監(jiān)測每個電池組的電壓溫度變化。之后。測得的數(shù)據(jù)將由電池管理單元(BMU)進行處理以確定各自相應的充電電壓以確保電池達到最佳性能,此過程也稱為平衡過程。
日產(chǎn)開發(fā)新能源汽車技術 可觀察鋰電池電子運動
日產(chǎn)汽車公司及其全資子公司--日產(chǎn)分析與研究中心近日宣布，已率先研發(fā)出全球首項電池分析技術。通過該技術，日產(chǎn)研發(fā)人員可對鋰離子電池的陰極材料在充電放電過程中的電子活動進行直接觀察，從而進一步研究和設計電池材料，以期研發(fā)出容量更高、壽命更長的電池，提高零排放電動車的續(xù)航能力，加強電動車的耐用性。
此次開發(fā)的分析方法，同時運用了使用“L吸收端”的“X射線吸收分光法”和使用超級計算機“地球模擬器”的“第一原理計算法”。盡管以前也有人采用X射線吸收分光法實施過鋰離子電池分析，但使用“K吸收端”為主流。配置在距離原子核最近的K殼層的電子被束縛在原子內(nèi)，因此電子并沒有直接參與充放電。
此次的分析方法因采用了利用L吸收端的X吸收分光法，可以直接觀察參與電池反應的電子流動。并且，通過與使用地球模擬器的第一原理計算法相結(jié)合，以高精度獲得了以前只能間接推斷的電子移動量。此次的成果是由日產(chǎn)ARC與東京大學、京都大學、大阪府立大學共同開發(fā)的。
美國科學家生活垃圾提取氫 可驅(qū)動燃料電池汽車
近期，美國加利福尼亞大學歐文分校(University of California at Irvine)的科學家Jack Brouwer則利用家庭用品廢棄物或食物殘渣中提取氫，將其用于驅(qū)動氫燃料電池汽車。
大部分工業(yè)設施中生產(chǎn)氫氣的原理都是將天然氣CH4分解，形成碳原子與氫氣。
但制氫的方法不止這一種，Brouwer教授與其團隊則開發(fā)出另一種方法。在加州大學歐文分校的燃料電池研究中心里，研究者利用南加州地區(qū)人們的生活垃圾或下水道污泥、污水等物質(zhì)中提取氫。
首先，污泥被分解成水和生物固體。污泥中含有的廢水則被過濾、提取進行再利用。生物固體進入真空槽，被其中存在的細菌微生物分解。在這一過程后，將會產(chǎn)生一種氣體，由60%的甲烷和40%的二氧化碳組成。
大部分真空槽中的甲烷氣體都用于電力生產(chǎn)，另一小部分則進入研究團隊所開發(fā)的燃料電池轉(zhuǎn)換設備中，甲烷在其中經(jīng)過處理后將能產(chǎn)生電、熱和氫氣。其中，氫氣被輸送進入幾百英尺外的公共加氫站，供燃料電池車加注。
新型鋰空氣電池美國問世 能量密度超300Wh/kg
美國研究人員日前在達拉斯舉行的美國化學學會第247屆全國大會暨展覽會上展示了他們的成果。研究人員正在研究的重要組件是電池的電解液，它能實現(xiàn)電極之間的導電?，F(xiàn)在共有4種電解液設計，其中一種用到了水。這種“含水”設計相比其他設計的優(yōu)勢在于，它能防止鋰與空氣中的氣體發(fā)生相互作用，并使空氣電極快速反應。而劣勢在于，水與鋰直接接觸會對鋰造成損壞。
據(jù)了解，這一系統(tǒng)的實際能量密度超過了300Wh/kg，而商業(yè)鋰離子電池只有150Wh/kg左右。
2月
日本回收電動車電池 開發(fā)大型蓄電池
日前，日本住友商事回收利用電動車廢舊鋰電池，開發(fā)出大型蓄電池系統(tǒng)。該系統(tǒng)容量為400千瓦時，可提供50個家庭1天的用電量。據(jù)悉，這一系統(tǒng)將主要作為太陽能發(fā)電的輔助系統(tǒng)，減少天氣對發(fā)電量的影響。這一蓄電池系統(tǒng)預計在3年后投入市場。
這一系統(tǒng)利用了從16臺行駛約10萬公里的日產(chǎn)汽車EV”聆風”(Leaf)回收的鋰電池。2014年2月起，研究人員將在大阪市此花區(qū)的人造陸地進行試驗，利用蓄電池系統(tǒng)輔助大規(guī)模太陽能發(fā)電站并穩(wěn)定發(fā)電量。
1月
山西開發(fā)離子液體電解質(zhì)甲烷燃料電池發(fā)動機
近日，記者從太原科技大學化學與生物工程學院獲悉，該校科研團隊在新能源汽車燃料電池發(fā)動機領域獲得重大突破。業(yè)內(nèi)人士稱，這將對中國乃至世界汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。
太原科技大學化學與生物工程學院王遠洋教授和他的科研團隊所研發(fā)的離子液體電解質(zhì)甲烷燃料電池發(fā)動機能夠直接使用甲烷燃料。王遠洋教授表示由于本項目成果屬于創(chuàng)新技術，相關技術標準尚未建立，目前只能權(quán)且采用《QC/T691車用天然氣單燃料發(fā)動機技術條件》現(xiàn)行通用標準，”我們將會積極尋求途徑參與標準制定，從而確立我們在這一領域的先創(chuàng)性地位”。
江西科研人員研發(fā)聚酰亞胺納米纖維電池隔膜
由江西師范大學首席教授、江西先材納米纖維科技有限公司副董事長候豪情博士率領的科研團隊，經(jīng)過數(shù)年研究，研發(fā)出聚酰亞胺(PI)納米纖維電池隔膜。這項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高科技材料，可大幅提高汽車動力電池或電池組性能。
在保持電池容量不變的前提下，該技術產(chǎn)品將充放電電流提高4倍，電池循環(huán)壽命提高7倍以上。此外，這種新型隔膜能耐530℃的高溫，這使得汽車激烈碰撞導致電池隔膜穿孔時，也不會使溫度失控引起電池爆炸起火。
目前，該公司的PI納米纖維電池隔膜技術已完成實驗室研發(fā)階段，正式進入產(chǎn)業(yè)化。預計今年將實現(xiàn)產(chǎn)能700萬平方米，到2015年，產(chǎn)能將達到4000萬平方米。而如果按照50%為新能源汽車的保有量計算，僅中國汽車市場電池隔膜的年需求量便達55億平方米。
美國開發(fā)糖類燃料電池 容量密度超鋰電池10倍
美國弗吉尼亞理工大學(Virginia Tech)宣布，開發(fā)出了使用多糖類的燃料電池。這種電池的容量密度比鋰離子充電電池高10倍以上，該大學表示，”3年以內(nèi)就能達到在手機及平板電腦等產(chǎn)品上使用的水平”。該電池是弗吉尼亞理工大學副教授張以恒等人開發(fā)的。
此次開發(fā)的電池利用由淀粉部分水解獲得的麥芽糊精(Maltodextrin)等多糖類以及空氣中的氧氣來生成電力和水。使用人工合成的13種酶而非鉑(Pt)作為催化劑，通過對糖做氧化處理來提取電子。
容量密度高據(jù)稱是因為這些酶提取電子的效率非常高。具體來說，構(gòu)成麥芽糊精的葡萄糖每個可提取24個電子。
目前，這種電池的輸出功率密度為0.8mW/cm2，電流密度為6mA/cm2。使用濃度為15%的麥芽糊精時的容量密度為596Ah/kg，能量密度為298Wh/kg。據(jù)介紹，這些數(shù)值”要比鋰充電電池的42Ah/kg、150Wh/kg高得多”。不過，這種電池的輸出電壓比鋰充電電池的3.6V要低，為0.5V。
此次電池雖然容量密度及能量密度高，但由于酶的作用速度較慢，因此沒有爆炸及起火的危險，這一點與使用氫氣及甲醇的普通燃料電池不同。
美國研究人員開發(fā)混合電極延長鋰硫電池循環(huán)壽命
美國西北太平洋國家實驗室(PNNL)近日刊文稱，可以通過一種由石墨和鋰構(gòu)成的混合電極，使鋰硫電池的基礎循環(huán)壽命達到400次，進而提高電動汽車的行駛里程。
雖然400次的循環(huán)壽命并不出眾，但和普通鋰電池相比，鋰硫電池的能量密度高2-3倍，而限制這種電池發(fā)展的最大問題就是電池反應過程中，硫化物流出縮短了電池的循環(huán)壽命。
這種混合電極能夠?qū)嚵螂姵氐难h(huán)壽命提高4倍。用普通電極做測試，鋰硫電池的循環(huán)壽命僅有100次，而利用混合電極，循環(huán)壽命提高到了400次。劉軍說，雖然硫化物仍會流出，但并未對電池壽命造成影響，在實驗中，鋰硫電池的能量密度也只衰減了11%。
中國是鋰離子動力電池的生產(chǎn)大國，約占全球25%的市場份額，具有較好的產(chǎn)業(yè)基礎，且形成了一批具有產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力的企業(yè)。但實際上，國內(nèi)的鋰離子動力電池生產(chǎn)技術與國際先進水平仍有差距。很多核心技術和材料，例如隔膜、電解液用高純度六氟磷酸鋰等，尚未形成產(chǎn)業(yè)化能力，在某些重要性能指標例如能量密度、壽命、安全等方面仍然落后于國際先進水平。而鋰電池的技術水平提升很大程度決定了新能源汽車的推廣前景，動力電池的研發(fā)人員，可謂重任在肩。
