全球2014年一季度动力电池技术研发成果一览

李艳娇

今年以来,新能源汽车技术的崛起在全球范围掀起了一波又一波淘金热,而锂电池更是热得发烫。

得益于电动汽车等市场的发展,全球锂离子电池产业继续快速发展。业内研究预测,2015年全球锂离子电池市场规模将达到13287.43万kWh,是2011年的近5倍,其中交通工具电动化市场的年均增长率要超过100%。2015年,全球锂离子电池的产业规模将达到523.2亿美元。

就中国市场而言,2014年,中国锂离子电池产业将保持2013年势头继续稳步增长,有望迎来加速增长,全年产量或将突破54亿只;到2015年整个中国锂离子电池的市场规模将突破1000亿元,达到1251.5亿元。

第一电动网汇总2014年第一季度国内外电动汽车电池技术研发成果,以资参考。

电动汽车专用电池

电动汽车专用电池

3月

乐凯成功研发电动汽车高性能锂离子电池隔膜

乐凯集团3月14日宣布,集团成功研发了面向电动汽车领域的高性能锂离子电池隔膜,填补了中国战略性新兴产业中新材料和新能源材料领域的空白。该产品专有技术已申请国家专利3件,其中2件已获得授权。

该产品的研制成功将改变目前高性能锂电池隔膜依赖进口的局面,打破国外公司对该类产品和技术的垄断,全面实现进口产品的替代,有力提升了中国高性能电池的国际竞争力;同时形成一系列具有市场竞争力的高分子材料技术,对发展中国高分子新材料产业具有积极作用。

江森自控携手弗劳恩霍夫协会开发汽车电池技术

江森自控宣布,该公司同弗劳恩霍夫协会(Fraunhofer Gesellschaft)签署了一项合作协议,共同开发用于汽车电池的下一代节能冷却系统。

双方的合作将首先专注于48伏微混电池技术,之前江森自控已经展示了其微混电池技术,并有将燃油消耗量降低15%的潜力,从而帮助各车企满足不断严格的法规,而消费者的油耗成本也将得到降低。

江森自控表示,该公司同弗劳恩霍夫协会在汽车电池冷却系统方面开发的技术将首先在欧洲采用,随后将快速地推广至美国,到2020年将进一步实现在全球范围推广。

德国普瑞公司推出全新电池管理系统

日前,德国普瑞公司(Preh)宣布推出其最新电池管理系统,该全新电池管理系统主要针对纯电动宝马i3车型。该电池管理系统由电子控制元件电池管理单元和电池监控传感器单元组成,其所有组成单元均由德国普瑞汽车零部件供应商提供。

此次,普瑞公司(Preh)推出的全新电池管理系统可以为高压电池系统提供平稳的充电电压。由于在纯电动驱动的汽车上,高压电池系统的能量消耗是无时无刻的,即便是在车辆刹车能量回收阶段高压电池系统始终保持工作状态,因此能够保证充放电电压的平稳可以有效地提高车辆电池的性能。此外,不同敏捷制造公差等级的电池组具有不同的对应充电电压。正是由于这个原因,普瑞公司(Preh)此次推出的全新电池管理系统的电池监控传感器单元(CSSU)将时刻监测每个电池组的电压温度变化。之后。测得的数据将由电池管理单元(BMU)进行处理以确定各自相应的充电电压以确保电池达到最佳性能,此过程也称为平衡过程。

日产开发新能源汽车技术 可观察锂电池电子运动

日产汽车公司及其全资子公司--日产分析与研究中心近日宣布,已率先研发出全球首项电池分析技术。通过该技术,日产研发人员可对锂离子电池的阴极材料在充电放电过程中的电子活动进行直接观察,从而进一步研究和设计电池材料,以期研发出容量更高、寿命更长的电池,提高零排放电动车的续航能力,加强电动车的耐用性。

此次开发的分析方法,同时运用了使用“L吸收端”的“X射线吸收分光法”和使用超级计算机“地球模拟器”的“第一原理计算法”。尽管以前也有人采用X射线吸收分光法实施过锂离子电池分析,但使用“K吸收端”为主流。配置在距离原子核最近的K壳层的电子被束缚在原子内,因此电子并没有直接参与充放电。

此次的分析方法因采用了利用L吸收端的X吸收分光法,可以直接观察参与电池反应的电子流动。并且,通过与使用地球模拟器的第一原理计算法相结合,以高精度获得了以前只能间接推断的电子移动量。此次的成果是由日产ARC与东京大学、京都大学、大阪府立大学共同开发的。

美国科学家生活垃圾提取氢 可驱动燃料电池汽车

近期,美国加利福尼亚大学欧文分校(University of California at Irvine)的科学家Jack Brouwer则利用家庭用品废弃物或食物残渣中提取氢,将其用于驱动氢燃料电池汽车。

大部分工业设施中生产氢气的原理都是将天然气CH4分解,形成碳原子与氢气。

但制氢的方法不止这一种,Brouwer教授与其团队则开发出另一种方法。在加州大学欧文分校的燃料电池研究中心里,研究者利用南加州地区人们的生活垃圾或下水道污泥、污水等物质中提取氢。

首先,污泥被分解成水和生物固体。污泥中含有的废水则被过滤、提取进行再利用。生物固体进入真空槽,被其中存在的细菌微生物分解。在这一过程后,将会产生一种气体,由60%的甲烷和40%的二氧化碳组成。

大部分真空槽中的甲烷气体都用于电力生产,另一小部分则进入研究团队所开发的燃料电池转换设备中,甲烷在其中经过处理后将能产生电、热和氢气。其中,氢气被输送进入几百英尺外的公共加氢站,供燃料电池车加注。

新型锂空气电池美国问世 能量密度超300Wh/kg

美国研究人员日前在达拉斯举行的美国化学学会第247届全国大会暨展览会上展示了他们的成果。研究人员正在研究的重要组件是电池的电解液,它能实现电极之间的导电。现在共有4种电解液设计,其中一种用到了水。这种“含水”设计相比其他设计的优势在于,它能防止锂与空气中的气体发生相互作用,并使空气电极快速反应。而劣势在于,水与锂直接接触会对锂造成损坏。

据了解,这一系统的实际能量密度超过了300Wh/kg,而商业锂离子电池只有150Wh/kg左右。

2月

日本回收电动车电池 开发大型蓄电池

日前,日本住友商事回收利用电动车废旧锂电池,开发出大型蓄电池系统。该系统容量为400千瓦时,可提供50个家庭1天的用电量。据悉,这一系统将主要作为太阳能发电的辅助系统,减少天气对发电量的影响。这一蓄电池系统预计在3年后投入市场。

这一系统利用了从16台行驶约10万公里的日产汽车EV”聆风”(Leaf)回收的锂电池。2014年2月起,研究人员将在大阪市此花区的人造陆地进行试验,利用蓄电池系统辅助大规模太阳能发电站并稳定发电量。

1月

山西开发离子液体电解质甲烷燃料电池发动机

近日,记者从太原科技大学化学与生物工程学院获悉,该校科研团队在新能源汽车燃料电池发动机领域获得重大突破。业内人士称,这将对中国乃至世界汽车产业产生巨大的影响。

太原科技大学化学与生物工程学院王远洋教授和他的科研团队所研发的离子液体电解质甲烷燃料电池发动机能够直接使用甲烷燃料。王远洋教授表示由于本项目成果属于创新技术,相关技术标准尚未建立,目前只能权且采用《QC/T691车用天然气单燃料发动机技术条件》现行通用标准,”我们将会积极寻求途径参与标准制定,从而确立我们在这一领域的先创性地位”。

江西科研人员研发聚酰亚胺纳米纤维电池隔膜

由江西师范大学首席教授、江西先材纳米纤维科技有限公司副董事长候豪情博士率领的科研团队,经过数年研究,研发出聚酰亚胺(PI)纳米纤维电池隔膜。这项具有自主知识产权的高科技材料,可大幅提高汽车动力电池或电池组性能。

在保持电池容量不变的前提下,该技术产品将充放电电流提高4倍,电池循环寿命提高7倍以上。此外,这种新型隔膜能耐530℃的高温,这使得汽车激烈碰撞导致电池隔膜穿孔时,也不会使温度失控引起电池爆炸起火。

目前,该公司的PI纳米纤维电池隔膜技术已完成实验室研发阶段,正式进入产业化。预计今年将实现产能700万平方米,到2015年,产能将达到4000万平方米。而如果按照50%为新能源汽车的保有量计算,仅中国汽车市场电池隔膜的年需求量便达55亿平方米。

美国开发糖类燃料电池 容量密度超锂电池10倍

美国弗吉尼亚理工大学(Virginia Tech)宣布,开发出了使用多糖类的燃料电池。这种电池的容量密度比锂离子充电电池高10倍以上,该大学表示,”3年以内就能达到在手机及平板电脑等产品上使用的水平”。该电池是弗吉尼亚理工大学副教授张以恒等人开发的。

此次开发的电池利用由淀粉部分水解获得的麦芽糊精(Maltodextrin)等多糖类以及空气中的氧气来生成电力和水。使用人工合成的13种酶而非铂(Pt)作为催化剂,通过对糖做氧化处理来提取电子。

容量密度高据称是因为这些酶提取电子的效率非常高。具体来说,构成麦芽糊精的葡萄糖每个可提取24个电子。

目前,这种电池的输出功率密度为0.8mW/cm2,电流密度为6mA/cm2。使用浓度为15%的麦芽糊精时的容量密度为596Ah/kg,能量密度为298Wh/kg。据介绍,这些数值”要比锂充电电池的42Ah/kg、150Wh/kg高得多”。不过,这种电池的输出电压比锂充电电池的3.6V要低,为0.5V。

此次电池虽然容量密度及能量密度高,但由于酶的作用速度较慢,因此没有爆炸及起火的危险,这一点与使用氢气及甲醇的普通燃料电池不同。

美国研究人员开发混合电极延长锂硫电池循环寿命

美国西北太平洋国家实验室(PNNL)近日刊文称,可以通过一种由石墨和锂构成的混合电极,使锂硫电池的基础循环寿命达到400次,进而提高电动汽车的行驶里程。

美国研究人员开发混合电极延长锂硫电池循环寿命

虽然400次的循环寿命并不出众,但和普通锂电池相比,锂硫电池的能量密度高2-3倍,而限制这种电池发展的最大问题就是电池反应过程中,硫化物流出缩短了电池的循环寿命。

这种混合电极能够将锂硫电池的循环寿命提高4倍。用普通电极做测试,锂硫电池的循环寿命仅有100次,而利用混合电极,循环寿命提高到了400次。刘军说,虽然硫化物仍会流出,但并未对电池寿命造成影响,在实验中,锂硫电池的能量密度也只衰减了11%。

中国是锂离子动力电池的生产大国,约占全球25%的市场份额,具有较好的产业基础,且形成了一批具有产业化生产能力的企业。但实际上,国内的锂离子动力电池生产技术与国际先进水平仍有差距。很多核心技术和材料,例如隔膜、电解液用高纯度六氟磷酸锂等,尚未形成产业化能力,在某些重要性能指标例如能量密度、寿命、安全等方面仍然落后于国际先进水平。而锂电池的技术水平提升很大程度决定了新能源汽车的推广前景,动力电池的研发人员,可谓重任在肩。

作者:李艳娇

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