下一代动力电池的希望 离子液体蓄电池登场

闻岩

一、形形色色的蓄电池相关事故

事例一

2013年1月7日,停放在美国波士顿国际机场的日本航空JA829J次航班发生火灾,该航班由波音787型客机执飞。火源为波音787机上的辅助动力单元(APU,Auxiliary Power Unit)。

波音787是波音公司推出的最新型旅客机。采用大量复合材料,具有较低的燃料消耗率和污染物质排放量较少的特点。同时,客舱采用可以调节亮度和光色的LED照明、用电子方式调节透明度的大面积舷窗等新技术;具备了低噪音、低维护成本、高可靠度的机体设计以及以中型机体能够执飞长距离航线的卓越性能。无论对于航空公司还是对于乘客,都是名副其实的与其机种名称相称的“梦想飞机(Dreamliner)”。

经过美国国家运输安全委员会(NTSB,National Transportation Safety Board)发表的中间调查报告,飞机辅助动力单元出现料严重的烧损。可以判断,这次事故是因电池组过热导致起火燃烧。

幸运的是,这次事故发生在地面,所以没有造成更大的灾难。同时,因为机体和电池组完整地保存下来,也为调查事故原因提供了充足的条件。

事例二

2015年4月26日,深圳某加电站内,因大巴车内的蓄电池组起火,大巴被烧成骨架。据《第一电动网》报道:事故直接原因是:车辆动力电池充满电后,动力电池过充电72分钟,过充电量58kWh,造成多个电池箱先后发生动力电池热失控、电解液泄漏,引起短路,导致火灾。(《独家报道 | 深圳4.26电动大巴起火调查结果公布:过充引发火灾》)

事例三

2015年7月22日凌晨,厦门某公交车停车场内发生火灾。现场共有11辆公交车遭到火烧,其中有多部公交车几乎烧成了骨架。据《第一电动网》报道:起火原因为公交车尾部的电池组电气故障引起自燃,11辆被火的公交车中有6辆为混合动力公交车。

从2010年开始,在国内新能源汽车相关事故中,因电池安全问题所导致的事故几乎年年发生,在一定程度上引发了对于这一类新型汽车安全问题的担忧。

据《第一电动网》报道:在2015年4月26日举行的北京市本年度第二期购车指标摇号活动中,新能源小客车指标申请数小于本期指标配额,无需摇号,直接配置。(《北京第二期新能源车摇号全部中签 新能源车弃号不再入摇号池》)

下一代动力电池的希望 离子液体蓄电池登场

二、蓄电池的软肋

普通电池在放电时,阳极发生氧化反应,产生的电子通过外部电路导出,以电流的形式被人们利用;电流通过电路流向阴极,阴极获得电子发生还原反应。

充电电池和普通电池不一样之处在于,当外部的电压高于电池所能提供的电压时,电池内部的阳极和阴极会产生于放电时相反的反应,即阳极物质被还原,阴极物质被氧化,从而达到充电的效果。

在电池的电极发生氧化反应和还原反应的过程中,电解液提供了反应产生的离子通过的通道,因此在电池中起到重要的作用。

一般蓄电池中的电解液,可以使用水溶液或有机溶剂。但是,当蓄电池的种类为锂离子蓄电池时,由于下列两个主要原因,无法使用水溶液:

1、构成电极的主要物质(如锂片等)会与水反应。而这一类的副反应如果过多,会加速电池容量的衰减;

2、水的理论分解电压为1.23v,所以以水溶液为电解液体系的蓄电池最高电压只能达到2.0v左右(如铅酸蓄电池)。

因此,目前蓄电池中所使用的电解液,基本上是使用了有机溶剂。

可是,使用有机溶剂的蓄电池的最大弱点,就是容易燃烧。

目前蓄电池使用的有机溶剂都具有容易挥发的特性。在电池因某种原因发热时,会加速有机溶剂的挥发,挥发产生的气体容易燃烧,在满足某些条件的情况下会引起爆炸。

这恐怕就是上述各种新能源汽车蓄电池发生燃烧事故的根源。

换句话说,如果能找到一种液体,不容易气化,那么,就可以杜绝电池燃烧事故的发生。

从另一个角度我们可以看到:在大型车辆中使用的蓄电池,其发生故障的可能性是非常高的。

一块普通电池模块的规格为100AH/3.2V,如果用于驱动轿车,驱动电压约为72-150伏特,大概需要组合20-30个这样的电池模块;而如果用于驱动公交大巴,驱动电压约为200-500伏特,则需要组合70-170个这样的电池模块!即使每个电池模块的合格率高达99.9%,由170块电池组成的电池包其整体合格率也只有84%!换句话说,如果一个公交车队保有100台公交大巴,那么其中可能就有十几台是存在电池燃烧事故隐患的!

我们知道,目前人类在常温下所经常接触到的液体物质(不包括液体元素)只有两种:水(及其溶液)和有机溶剂。而在上面的叙述中可以想像得到:如果局限于使用由这两种液体制造的传统电解液,蓄电池的发展已经遇到了瓶颈。

作者:闻岩

来源:第一电动网

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