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新型电池越来越多 探秘这背后的技术门道

添加时间:2016-05-06 12:28:46 来源:雷锋网

 

新型石墨烯电池实验阶段的成功,无疑将成为电池产业的一个新的发展点。电池技术是电动汽车大力推广和发展的最大门槛,而目前的电池产业正处于铅酸电池和传统锂电池发展均遇瓶颈的阶段,石墨烯储能设备的研制成功后,若能批量生产,则将为电池产业乃至电动车产业带来新的变革。

 

正是看到了石墨烯的应用前景,许多国家纷纷建立石墨烯相关技术研发中心,尝试使用石墨烯商业化,进而在工业、技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。欧盟委员会将石墨烯作为"未来新兴旗舰技术项目",设立专项研发计划,未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石墨烯研究所(NGI),力图使这种材料在未来几十年里可以从实验室进入生产线和市场。

 

中国在石墨烯研究上也具有独特的优势,从生产角度看,作为石墨烯生产原料的石墨,在我国储能丰富,价格低廉。另外,批量化生产和大尺寸生产是阻碍石墨烯大规模商用的最主要因素。利用化学气相沉积法成功制造出了国内首片15英寸的单层石墨烯,并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上,制备出了7英寸石墨烯触摸屏。

 

钠硫电池

 

钠硫电池,是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。在一定的工作度下,钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应,形成能量的释放和储存。

 

一般常规二次电池如铅酸电池、镉镍电池等都是由固体电极和液体电解质构成,而钠硫电池则与之相反,它是由熔融液态电极和固体电解质组成的,构成其负极的活性物质是熔融金属钠,正极的活性物质是硫和多硫化钠熔盐,由于硫是绝缘体,所以硫一般是填充在导电的多孔的炭或石墨毡里,固体电解质兼隔膜的是一种专门传导钠离子被称为Al2O3的陶瓷材料,外壳则一般用不锈钢等金属材料。

 

钠硫电池能量密度和转换效率高,是一种能够同时适用于功率型储能和能量型储能的蓄电池,自2003年起,日本和美国相继建设了多个兆瓦级的钠硫电池储能电站。不过钠硫电池的制造比较困难,对电池材料、电池结构要求高,因此制造成本较高。钠硫电池在使用时对运行条件的要求苛刻,必须维持在300~350℃,需要附加供热设备来维持温度。另外,电池运行的控制也比较困难,例如在线测量充放电状态不能做到很准确,必须周期性地进行离线度量;安全性相对也稍差。由于钠硫电池产品的制造比较困难,目前只有少量的钠硫电池产品已经商业化。前几年,上海市电力公司与中科院上海硅酸盐研究所联合开发出大容量钠硫电池,其关键技术和关键工艺已取得重大突破,但是关键装备和工业化生产仍存在巨大差距,国内钠硫电池储能技术和应用在短期内还很难取得突破。


 

钠硫电池具有许多特色之处:一个是比能量(即电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量)高,其理论比能量为760Wh/Kg。另一个是可大电流、高功率放电。其放电电流密度一般可达200-300mA/cm2,并瞬时间可放出其3倍的固有能量;再一个是充放电效率高。由于采用固体电解质,所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反应,充放电电流效率几乎100%。当然,事物总是一分为二的,钠硫电池也有不足之处,其工作温度在300-350℃,所以,电池工作时需要一定的加热保温。但采用高性能的真空绝热保温技术,可有效地解决这一问题。


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