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德國一些汽車和電化學(xué)專家討論純電動汽車所面臨的挑戰(zhàn)

德國大眾公司、慕尼黑工業(yè)大學(xué)和燃料電池核心部件生產(chǎn)商SolviCore公司的幾位專家在《Journal of the Electrochemical Society》雜志的一篇特約評論中，對純電動車[電池驅(qū)動電動車或質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池車輛]的技術(shù)障礙進(jìn)行了深入剖析。電動車在交通運輸工具中的占比取決于成本和續(xù)駛里程。他們認(rèn)為，電池電動車最適用于短程行駛，而燃料電池電動車更適于長途旅行。但對于這兩種純電動車，成本和耐久性都仍有問題需要解決，至少還要不斷改進(jìn)。其主要觀點如下：

(1) 盡管關(guān)于鋰離子電池的研發(fā)工作不勝枚舉，但仍未見比能量顯著超過0.25 kWhkg(電池系統(tǒng))的。因此，用續(xù)駛里程在200英里或以上的鋰離子電池驅(qū)動的電池電動車基本上無法躋身于中型車市場，其定價不利于大規(guī)模推廣。

(2) 關(guān)于鋰-空氣電池或鋰-氧氣電池，在鋰-氧氣電池充放電循環(huán)中有沒有能100%重復(fù)回收氧氣的穩(wěn)定的電極組件和電解質(zhì)還有待驗證。因此，還需要進(jìn)行更深入的基礎(chǔ)研究和材料開發(fā)來確定鋰-氧氣電池的可行性。如果開發(fā)成功，實用電池系統(tǒng)的比能量預(yù)計約為先進(jìn)鋰離子電池的1.5倍。

(3) 關(guān)于鋰-硫電池，很難達(dá)到預(yù)期的重量能量密度。為了提供與先進(jìn)鋰離子電池相比具有競爭力的重量能量密度，鋰-硫電池要求具有相當(dāng)大的單位面積電容(不低于4 mAhcm2)、高的陰極硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于60%。這樣的硅陽極鋰-硫電池的能量密度能達(dá)到350～400 Whkg(電池單元)，最好的情況下約比先進(jìn)鋰離子電池大1.3倍。如果安全和耐久性問題能解決，用鋰-金屬陽極電池，能量密度能達(dá)到450～500 Whkg(電池單元)。這將比先進(jìn)鋰離子電池陰極材料與鋰陽極組合所獲得的重量能量密度高出約1.3倍。從體積能量密度來看，鋰-硫電池單元肯定不如鋰離子電池。但是，為了改進(jìn)電池的生命周期和安全性，可能需要其它一些組件，如果這些組件的成本較低，那么鋰-硫電池在成本上可能更有優(yōu)勢。

(4) 對于氫燃料電池來說，過去10年取得了長足進(jìn)步。高活性的鉑基催化劑使目標(biāo)鉑負(fù)載量降至每輛燃料電池電動車載鉑10 g。新的鉑-合金催化劑也改進(jìn)了電壓-循環(huán)穩(wěn)定性，達(dá)到了美國能源局設(shè)定的指標(biāo)?，F(xiàn)在的挑戰(zhàn)是把這些催化劑概念與具有更高耐久性的載體材料結(jié)合起來，確保燃料電池在燃料電池電動車整個服役期的性能。此外，在低載鉑量條件下發(fā)生大量傳質(zhì)損失的根源必須搞清楚并予以消除。燃料電池薄膜的主要挑戰(zhàn)似乎在于驗證適用于在更高操作溫度和低相對濕度條件下使用的材料，從而使系統(tǒng)設(shè)計簡化，提高抗熱能力，并減少空氣壓縮機的能量損失。

[程薇摘譯自Green Car Congress，2015-10-26]