動(dòng)力電池主要種類(lèi)一覽

目前市場(chǎng)上主流技術(shù)仍以鉛酸電池技術(shù)、鎳氫電池技術(shù)、燃料電池技術(shù)、鋰電池技術(shù)為主。

鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池的應(yīng)用歷史最長(zhǎng)，技術(shù)最為成熟，是成本、售價(jià)最低廉的蓄電池，已實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。其中閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA）一度成為重要的車(chē)用動(dòng)力電池，應(yīng)用在眾多歐美汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)的EV和HEV上，例如通用在20世紀(jì)80年代和90年代分別開(kāi)發(fā)出的Saturn和EVI電動(dòng)汽車(chē)等。

但是，鉛酸電池的比能量較低，續(xù)航時(shí)間短，自放電率高，循環(huán)壽命低；其主要原料鉛的重量大，而且在生產(chǎn)和回收過(guò)程中可能產(chǎn)生重金屬的環(huán)境污染。所以，目前鉛酸電池主要用于汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)的點(diǎn)火裝置，以及電動(dòng)自行車(chē)等小型設(shè)備。

鎳氫電池

鎳氫（Ni/MH）電池具有良好的耐過(guò)充、過(guò)放能力，不存在重金屬污染問(wèn)題，而且在工作過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)電解液增減現(xiàn)象，可以實(shí)現(xiàn)密封設(shè)計(jì)、免維護(hù)。與鉛酸電池和鎳鎘電池相比，鎳氫電池具有較高的比能量、比功率及循環(huán)壽命。

其缺點(diǎn)是電池具有的記憶效應(yīng)較差，而且隨著充放電循環(huán)的進(jìn)行，貯氫合金逐漸失去催化能力，電池內(nèi)壓會(huì)逐漸升高，影響到電池的使用。此外，鎳金屬昂貴的價(jià)格，也導(dǎo)致成本較高。

在關(guān)鍵材料上，鎳氫電池主要由正極、負(fù)極、隔膜和電解質(zhì)構(gòu)成，正極為鎳電極（Ni(OH)2）；負(fù)極一般采用金屬氫化物（MH）；電解質(zhì)主要為液體，主要成份是氫氧化鉀（KOH）。目前鎳氫電池的研究重點(diǎn)主要在正、負(fù)極材料上，其技術(shù)研發(fā)相比較成熟。

車(chē)用鎳氫電池已實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)和使用，是混合動(dòng)力汽車(chē)研制中應(yīng)用最多的車(chē)載電池類(lèi)型。最典型的代表即目前混合動(dòng)力汽車(chē)量產(chǎn)規(guī)模最大的豐田Prius。豐田與松下合資成立的PEVE公司是目前世界最大的鎳氫動(dòng)力電池制造商。

如今鎳氫電池現(xiàn)階段已經(jīng)退出主流動(dòng)力電池行列，那么為何豐田還會(huì)固執(zhí)己見(jiàn)的堅(jiān)守鎳氫電池的陣營(yíng)呢？

這就不得不說(shuō)到鎳氫電池最大的優(yōu)勢(shì)：超強(qiáng)的耐用性！

曾經(jīng)美國(guó)著名的汽車(chē)媒體《消費(fèi)者報(bào)告》對(duì)一臺(tái)使用了十年后的第一代普銳斯進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，采用鎳氫電池的第一代普銳斯車(chē)型在經(jīng)過(guò)了10年行駛33萬(wàn)公里之后，將其與新車(chē)時(shí)的數(shù)據(jù)對(duì)比，無(wú)論是在油耗性能還是在動(dòng)力性能都保持在同一水平，說(shuō)明混動(dòng)系統(tǒng)和鎳氫電池組仍然工作正常。

此外，即便在使用十年跑了33萬(wàn)公里之后，這輛第一代普銳斯其鎳氫電池組從未發(fā)生過(guò)問(wèn)題，人們十年前所質(zhì)疑因電池容量衰減將大幅影響油耗和動(dòng)力性能的情況也沒(méi)有出現(xiàn)。由此看來(lái)，一向嚴(yán)謹(jǐn)保守的日本人對(duì)于鎳氫電池的鐘愛(ài)確實(shí)有其獨(dú)到的原因。

燃料電池

燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被生產(chǎn)出來(lái)。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。

和普通化學(xué)電池相比，燃料電池可以補(bǔ)充燃料，通常是補(bǔ)充氫氣。一些燃料電池能使用甲烷和汽油作為燃料，但通常是限制在電廠和叉車(chē)等工業(yè)領(lǐng)域使用。氫燃料電池基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極，氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陰極。

氫燃料電池的工作原理是：將氫氣送到燃料電池的陽(yáng)極板（負(fù)極），經(jīng)過(guò)催化劑（鉑）的作用，氫原子中的一個(gè)電子被分離出來(lái)，失去電子的氫離子（質(zhì)子）穿過(guò)質(zhì)子交換膜，到達(dá)燃料電池陰極板（正極），而電子是不能通過(guò)質(zhì)子交換膜的，這個(gè)電子，只能經(jīng)外部電路，到達(dá)燃料電池陰極板，從而在外電路中產(chǎn)生電流。

電子到達(dá)陰極板后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。由于供應(yīng)給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽(yáng)極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時(shí)把水蒸氣帶走，就可以不斷地提供電能。

燃料電池發(fā)出的電，經(jīng)逆變器、控制器等裝置，給電動(dòng)機(jī)供電，再經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)橋等帶動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，就可使車(chē)輛在路上行駛。與傳統(tǒng)汽車(chē)相比，燃料電池車(chē)能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)60~80%，為內(nèi)燃機(jī)的2～3倍。

燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，也沒(méi)有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車(chē)是真正意義上的零排放、零污染的車(chē)，氫燃料是完美的汽車(chē)能源！

氫燃料電池的特點(diǎn)：

1、無(wú)污染：燃料電池對(duì)環(huán)境無(wú)污染。它是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，而不是采用燃燒（汽、柴油）或儲(chǔ)能（蓄電池）方式－－最典型的傳統(tǒng)后備電源方案。燃燒會(huì)釋放象COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述，燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過(guò)可再生能源產(chǎn)生的，整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過(guò)程。

2、無(wú)噪聲：燃料電池運(yùn)行安靜，噪聲大約只有55dB，相當(dāng)于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內(nèi)安裝，或是在室外對(duì)噪聲有限制的地方。

3、高效率：燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上，這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過(guò)熱能和機(jī)械能（發(fā)電機(jī)）的中間變換。

4、氫燃料電池車(chē)的優(yōu)勢(shì)毋庸置疑，劣勢(shì)也是顯而易見(jiàn)。隨著科技的進(jìn)步，曾經(jīng)困擾氫燃料電池發(fā)展的諸如安全性、氫燃料的貯存技術(shù)等問(wèn)題已經(jīng)逐步攻克并不斷完善，然而成本問(wèn)題依然是阻礙氫燃料電池車(chē)發(fā)展的最大瓶頸。

氫燃料電池的成本是普通汽油機(jī)的100倍，這個(gè)價(jià)格是市場(chǎng)所難以承受的。另外加氫站的背后，是一整套氫能源生產(chǎn)和運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)作為支撐，而世界上絕大多數(shù)國(guó)家沒(méi)有意愿和空間去大力發(fā)展一種不常用能源的體系化。

尤其氫能源的轉(zhuǎn)化率較低，且在能源生產(chǎn)中會(huì)造成污染。另一方面是加氫站本身的建設(shè)要求與成本極高，需要專(zhuān)門(mén)的低溫設(shè)備來(lái)滿(mǎn)足能源存儲(chǔ)需要。目前只有日本、韓國(guó)和美國(guó)加州有較多的加氫站，而這個(gè)較多其實(shí)也就是幾十所左右。

進(jìn)入2017，原本有些沉寂的燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)仿佛突然有了一些回暖。

一方面是一直被寄予厚望的純電動(dòng)車(chē)電池技術(shù)升級(jí)連續(xù)遇到了瓶頸。而行駛里程太短和充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)這兩大因素依舊制約著新能源汽車(chē)的前景。

另一方面，是燃料電池汽車(chē)在多個(gè)領(lǐng)域的性?xún)r(jià)比正在不斷提升。

原本高昂的燃料電池汽車(chē)生產(chǎn)成本正在經(jīng)歷快速下降。相比于處在競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)的中高檔純電動(dòng)車(chē)，5分鐘充滿(mǎn)燃料的體驗(yàn)和500km以上的里程當(dāng)然更具誘惑力。

鋰離子電池

車(chē)用鋰離子動(dòng)力電池是在一次性鋰電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是目前純電動(dòng)車(chē)用電池研發(fā)的主要方向。鋰離子電池具有無(wú)記憶性、自放電率低、環(huán)保、高比能量、高比功率等諸多優(yōu)點(diǎn)，是繼鎳氫電池之后，最受研發(fā)機(jī)構(gòu)和汽車(chē)廠商青睞的潛力車(chē)載電池。

鋰離子電池特性

1、電壓平臺(tái)

鋰離子電池由于采用的正負(fù)極材料不同，其單體電池的工作電壓范圍為3。 7~4v，其中應(yīng)用規(guī)模較大的磷酸鐵鋰單體電池工作電壓為3。 2v，是鎳氫電池的3倍、、鉛酸電池的2倍

2、比能量大

當(dāng)前乘用車(chē)鋰離子動(dòng)力電池的能量密度接近200wh/kg，預(yù)計(jì)2020年達(dá)到300wh/kg

3、電池壽命短

由于電化學(xué)材料特性的制約，鋰離子電池的循環(huán)次數(shù)沒(méi)有取得突破，以磷酸鐵鋰為例，單體電池循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到2000次以上，成組后僅為1000次以上。

4、對(duì)環(huán)境影響較大

鋰離子電池采用輕金屬鋰，盡管不含汞、鉛、有害重金屬，被認(rèn)為是綠色電池，對(duì)環(huán)境污染較小。

但實(shí)際上由于其正負(fù)極材料、電解液包含鎳、金屬物，美國(guó)已經(jīng)將鋰離子電池歸類(lèi)為一種包含易燃、錳、反應(yīng)性、浸出毒性、腐蝕性、有毒有害性的電池，是目前各類(lèi)電池中包含毒性物質(zhì)最多的電池，并且因?yàn)槠浠厥赵倮玫墓に囕^為復(fù)雜導(dǎo)致成本較高，因此目前的回收再利用率不高，廢棄的電池對(duì)環(huán)境影響較大

5、成本依然較高

鋰離子電池初期購(gòu)置成本高，以目前車(chē)用動(dòng)力電池主流產(chǎn)品磷酸鐵鋰電池為例，價(jià)格大約在2500元/kwh，隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，有望在2020年降低到1000元/kwh以下。