您的当前位置:

朝阳绍刮药业有限公司 > 荣誉资质 > 正文

  • 珍藏!锂离子电池与燃料电池最周详对比解析

    来源 |锂电联盟会长

    新能源汽车的发展越来越快 ,以 Tesla为代外的电动汽车风光无限 ,而以丰田 Mirai为代外的燃料电池车也是备受关注 。锂离子电池和燃料电池行为电动汽车和燃料电池车的中央零部件,对其发展首决定性作用。

    本文从做事原理、性能、坦然性等方面介绍了锂离子电池与燃料电池的特点,添深对其的理解与意识。

    一、锂离子电池与燃料电池的做事原理

    锂离子电池是一栽储能装配,现在常用的锂离子电池按正极原料能够分为磷酸铁锂电池、三元电池和锰酸锂电池等。以磷酸铁锂电池为例:放电时正极中的磷酸铁和从负极经过电解液传到过来的锂离子以及外部电路传导过来的电子结相符生成磷酸铁锂,负极石墨层中所嵌的锂脱出,变成锂离子和电子别离经过电解液和外部电路传导到正极。

    燃料电池其内心是一栽发电机,其燃料和氧化剂不经过燃烧而直接始末电化学响答转化成电能。所以,燃料电池不受卡诺循环的节制,能量转化效果高。燃料电池行为电能转化装配时,它的效果能够达到60%,甚至在行为炎电联产装配时它的效果高达80%。

    燃料电池遵命其电解质的分别分为碱性燃料电池,磷酸型燃料电池,固体氧化物燃料电池,熔融碳酸盐燃料电池,质子交换膜燃料电池。分别类型的燃料电池行使周围和行使环境分别,质子交换膜燃料电池的行使温度周围为室温至80℃旁边,现在在燃料电池车上行使的基本都是这栽类型。

    睁开盈余83%

    以质子交换膜燃料电池为例,发电时,正极氧气和从负极传导过来的氢离子以及外部电路传导过来的电子结相符生成水,负极氢原子失踪电子变成氢离子和电子别离经过电解质和外部电路传到正极。锂离子电池和燃料电池基本原理、正负极原料等如外1所示。

    二、锂离子电池与燃料电池的主要技术特性

    1 性能

    锂离子电池和燃料电池内部发生的化学响答已经决定了电池的可反电动势 。对于一个电化学响答 ,其可反电动势可由公式 (1)计算为 :

    其中ΔG是在标准状态下电化学响答的吉布斯解放能的转折,吉布斯解放能的转折响答了电化学响答在炎力学上的能够性,ΔG的大幼由响答自己的性质、响答物和生成物的浓度以及响答温度决定。n为每摩尔响答物迁移的电子摩尔数,F为法拉第常 数。

    在标准状态下燃料电池的可反电动势为1.25 V旁边 ,可反电动势随温度提高而降矮 。而对于锂离子电池 ,由于在响答过程中正负极原料的组织一向发生转折 ,所以其可反电动势也一向转折 ,电池的可反电动势与响答发生的程度有对答的有关 ,所以能够根据 OCV-SOC弯线 ,始末测量 OCV判定电池的荷电状态 。燃料电池和锂离子电池在实际行使过程中性能弯线如外 2所示 。

    2 能量密度

    电动汽车十足以电池行为动力 ,更强调充电后的续驶能力 ,所以更关注电池的能量密度 。锂离子电池能量密度升迁受制于电池原料理论瓶颈 。现在 ,国内电动汽动力型动力电池正极原料以磷酸铁锂和三元原料为主 ,负极原料仍主要采用石墨原料 ,其比能量约为 90-140Wh/kg。

    而燃料电池是一栽发电装配 ,能量密度远高于锂离子电池 。在与能量密度直接对答的整车续驶里程方面 ,顶级豪华电动汽车Tesla的续驶里程刚达到 500km;而以丰田 Mirai、当代 ix35为典型代外的燃料电池车续驶里程都在 500km以上 。所以在能量密度方面 ,燃料电池比锂离子电池益 。

    3 寿命

    燃料电池和锂离子电池的性能都会随着电池行使程度的添深而变差 。并且汽车的首停和添减速工况占总工况的很大一片面 ,这使得电池做事电流区间跨度大 ,且电流转折率也专门大 ,这无疑会缩幼电池寿命 。所以 ,对动力型燃料电池和锂离子电池的寿命题目进走钻研成为其行使关键题目之一 。

    荣誉资质w_640/images/20200105/64d96073c0d041e38d28a94275ef6814.jpeg">

    4 成本

    现在 ,国内锂离子电池体系的成本在 1800元 /kWh旁边 ,燃料电池堆 (不含体系中的燃料体系等各栽附件 )的成本在 5000元/ kW旁边 。对于一辆清淡轿车,倘若是电动汽车,电量配置60kWh其成本在9.6万元。倘若是燃料电池车,功率配置100 kW,电堆成本在50万旁边。

    燃料电池的成本现在清晰高于锂离子电池,这是节制燃料电池发展的瓶颈。清淡认为,燃料电池的成本偏高主要是由于行使了贵金属Pt,而实际Pt的成本计算如下:现在较高的Pt载量的程度为:0.44mg/cm2,其电性能程度为1600Ma@0.6V/cm2,即0.96W/cm2。对于100 kW的燃料电池体系中行使的Pt含量为41.67g。Pt的价格遵命500元/g计算,行使的Pt的成本为41.67×500=20833元。对于100kW的燃料 电池堆的成本在50万元以上,Pt的成本只占总成本的4%旁边。燃料电池的成本主要是由于现在原料和体系的工艺都不太成熟,而随着商业化的发展,其成本一定有专门大幅度降落。

    5 坦然性与有关法规

    动力电池的坦然性是电动汽车发展过程中最先必要考虑休争决的题目 。动力型锂离子电池坦然性的挑高必要竖立从原料、电池及关键部件到体系坦然保障等一系列技术措施。随着单体电池的大型化和成组化行使,动力型锂离子电池体系坦然题目面临着新的挑衅。

    而燃料电池的燃料是氢气,属于易燃易爆气体,所以市场远大不安其的坦然性题目,而实际上氢气的坦然性相较于汽油和天然气并不差。单体层级燃料电池的坦然设计少于锂离子电池。体系集成层级燃料电池体系比锂离子电池体系复杂。由于行使了可燃气体氢气,众了对氢气的泄露珍惜设计。由于必要防止质子交换膜潮湿不足够带来的影响,必要始末监控内阻来监控内部湿度的转折。燃料电池和锂离子电池有关坦然性设计如外4所示。

    动力型锂离子电池的还原剂和氧化剂都存储在联相符个装配中,之间仅有一层微米级别厚度的隔膜,而燃料电池的还原剂和氧化剂在电池外片面开安放。从原理上讲,燃料电池的坦然性优于锂离子电池。始末一系列的坦然防护 ,两栽电池的坦然性都在可批准的程度 。

    三、前景及展看

    综相符来看,在能量密度、寿命和坦然性方面燃料电池优于锂离子电池;而在成本方面,燃料电池比不上锂离子电池。现在锂离子电池的关键技术为能量密度升迁,坦然性,炎管理,体系集成优化控制等;燃料电池的关键技术有耐久性,冷启动,体系集成优化控制等。

    不论燃料电池照样锂离子电池,有关的技术均有大量提高的空间。对于锂离子电池来说,倘若其能量密度能够进一步挑高,循环寿命能够更长,则也是一栽专门特出的驱动能源。倘若燃料电池的成本能够降矮,则能够真实行为汽油/柴油燃料的替代能源。能量密度的升迁面临基础学科周围的瓶颈,很可贵有质的升迁;而成本的降矮,能够始末商业化解决。所以短期来看,锂离子电池比燃料电池更适用;永远来看,燃料电池比锂离子电池更有发展前景。

    参考文献:赵红光,李静,张洪凯,华周发.动力型锂离子电池与燃料电池发表近况与展看[J].电池工业,2017(2)

    作者:admin  发布时间:2020-01-31  点击数:

友情链接

Powered by 朝阳绍刮药业有限公司 @2018 RSS地图 html地图

Copyright 365站群 © 2013-2018 360 版权所有