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        新能源汽車的核心

        2019-08-18 09:47:28
        科學(xué)家 2019年2期
        關(guān)鍵詞:鉛酸鋰電池燃料電池

        燃料電池

        燃料電池中的“燃料”,不同于生活中通過燃燒產(chǎn)生能量的煤、油、氣等傳統(tǒng)燃料。它是通過特殊的裝置,使氫和氧發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生電能。其中,氫和氧就是產(chǎn)生電能的“燃料”。

        實際上,燃料電池并不能“儲電”,它更像是一個可大可小的“發(fā)電站”。只要源源不斷地為燃料電池輸入燃料——氫(或其他燃料)和氧,氫和氧反應(yīng)形成水的過程中,會伴隨著帶電粒子的移動,從而就能持續(xù)地輸出電能。水中有大量的氫,空氣中有大量的氧,這兩種“燃料”可以說是取之不盡、用之不竭。因此,燃料電池的燃料是可持續(xù)再生的,其發(fā)電后所產(chǎn)生的水還可以不斷地循環(huán)利用,從中再提取氫燃料。

        燃料電池除了方便家庭等小型用電戶單獨使用,還具有許多優(yōu)點。例如,它直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,能量轉(zhuǎn)換效率要比火力發(fā)電、核能發(fā)電高得多,可達(dá)到45%~60%;燃料電池沒有任何機(jī)械振動和噪聲,也不會排放有害氣體;相比其他供電方式,燃料電池在短短數(shù)秒鐘內(nèi)就能達(dá)到最大的額定功率,“即輸即用”的本領(lǐng)可讓人們免除苦苦等待電池充電的煩惱。

        鉛酸電池

        鉛酸電池作為比較成熟的技術(shù),因其成本較低,而且能夠高倍率放電,現(xiàn)在依然是唯一可供大批量生產(chǎn)的電動車用電池。北京奧運(yùn)會時,就有20輛使用鉛酸電池的電動汽車,為奧運(yùn)會提供了交通服務(wù)。

        鉛酸電池的優(yōu)點是實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的時間最長、技術(shù)最成熟的電池,性能穩(wěn)定、可靠,適用性好;鉛酸蓄電池組成簡單,再生技術(shù)成熟,回收價值高,是最容易實現(xiàn)回收和再生利用的電池。全球再生鉛產(chǎn)量已經(jīng)超過原生鉛產(chǎn)量,美國廢鉛酸蓄電池鉛的再利用率已超過98.5%,我國廢鉛酸蓄電池的再利用率也達(dá)到90%以上。

        鉛酸電池的缺點是比能量、比功率和能量密度都很低,以此為動力源的電動車,其車速及續(xù)航里程都不太理想。

        磷酸鐵鋰電池

        磷酸鐵鋰電池是一種鋰電池,其比能量不到鈷酸鋰電池的一半,但是其安全性較高,循環(huán)次數(shù)能夠達(dá)到2000次,放電穩(wěn)定,價格便宜,已成為車用動力的一種新選擇。

        它的主要優(yōu)點是安全性能高、使用壽命長、高溫性能好、大容量、無記憶效應(yīng)、重量輕、環(huán)保。它還可以隨充隨用,不需要放完電在充電。最大的優(yōu)勢是它不含有任何重金屬,完全無毒。

        它的缺點是能量密度較低,材料的制備成本與電池的制造成本較高,電池成品率低,一致性差。不過它的好處顯然大于它的缺點。

        鎳氫電池

        鎳氫電池是正極活性物質(zhì)主要由鎳制成,負(fù)極活性物質(zhì)主要由貯氫合金制成的一種堿性蓄電池。

        它的主要的優(yōu)點是可以適應(yīng)大電流放電,對于需要較大功率輸出要求的場合比較適用。它的能量密度較大,增加了續(xù)航的里程。鎳氫電池放出的電比較平穩(wěn),發(fā)熱量較小。

        它主要的缺點是具有“記憶效應(yīng)”,即電池在循環(huán)充放電過程中容量會出現(xiàn)衰減,而過度充電或放電,都可能加劇電池的容量損耗。

        這種電池的性能雖然比鉛酸電池要好一些,但其含有重金屬,使用遺棄后會對環(huán)境會造成嚴(yán)重污染。鎳氫動力電池的研究運(yùn)用剛剛進(jìn)入成熟期,是目前混合動力汽車所用電池體系中唯一被實際驗證并被商業(yè)化、規(guī)?;囊环N電池體系。

        鋰電池

        鋰電池全稱鋰離子動力電池。目前,世界范圍內(nèi)的新能源汽車主要采用的動力電池為鋰電池,其性能的好壞決定著新能源汽車的發(fā)展方向。

        它的主要優(yōu)點是能量比較高、使用壽命長、額定電壓高、具備高功率承受力、自放電率很低、重量輕、高低溫適應(yīng)性強(qiáng)、綠色環(huán)保的特點。它的最大使用的壽命在6年以上,它在使用中不產(chǎn)生任何的有害物質(zhì),并且不需要消耗水。

        它的缺點是安全性差、不能大電流放電、價格昂貴、生產(chǎn)要求條件高、成本高、使用條件有限制、高低溫使用危險大。例如采用鋰電池的特斯拉也曾因為鋰電池而著過火。

        新中國汽車工業(yè)發(fā)展已經(jīng)60多年了,從無到有,從小到大。隨著我國綜合國力的提升,我國的科學(xué)技術(shù)已在某些領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位,但傳統(tǒng)汽車在一些核心技術(shù)方面,依然和國外一些發(fā)達(dá)國家存在著差距。度過了野蠻生長期的中國汽車工業(yè),在中國經(jīng)濟(jì)新常態(tài)的浪潮裹挾下,也開始了它的2.0征程。對于大而不退的中國汽車工業(yè)來說,這注定是一個重構(gòu)、重組、重塑的過程。在這個關(guān)鍵的風(fēng)口,汽車新技術(shù)的延生將給予我國汽車工業(yè)一個難得的發(fā)展機(jī)遇。有人提出,在這一輪汽車工業(yè)革命下,中國很有條件實現(xiàn)“彎道超車”。

        在這一個重大的機(jī)遇面前,我們依然需要正視中國與世界汽車強(qiáng)國在新技術(shù)領(lǐng)域的差距,知己知彼,認(rèn)清發(fā)展趨勢。

        如今,在美國提出的“先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”下,美國已經(jīng)在汽車創(chuàng)新技術(shù)方面取得了令人稱奇的成果,如ADAS(輔助駕駛系統(tǒng))、3D打印車身技術(shù)和新材料電池等。如今,谷歌、特斯拉等企業(yè)的自動駕駛汽車已經(jīng)駛上街頭。在歐洲,德國率先提出了“工業(yè)4.0”理念,即充分利用信息通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)相結(jié)合的信息物理系統(tǒng),在汽車車載娛樂系統(tǒng)和控制屏上也取得了一定成果。在亞洲,日本,甚至韓國,也早已啟動相關(guān)計劃。

        世界汽車產(chǎn)業(yè)的風(fēng)起云涌,預(yù)示著未來汽車智能化發(fā)展的重大變革,在世界再工業(yè)革命智能化、互聯(lián)化浪潮席卷而來的今天,在“中國制造2025”目標(biāo)下,認(rèn)清大方向,選準(zhǔn)技術(shù)路線,制定可行成略,才能使我們在這次大潮中站立潮頭,立于不敗之地。

        在汽車領(lǐng)域,目前正在發(fā)生從傳統(tǒng)技術(shù)到智能化的轉(zhuǎn)變,最為突出的就是自動駕駛、車載系統(tǒng)和3D打印車身技術(shù)等。

        面對已經(jīng)到來的汽車產(chǎn)業(yè)革命,我們需要樹立正確的發(fā)展觀。夯實基礎(chǔ)、冷靜思考、不盲目追風(fēng),是我國汽車產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)“彎道超車”的正確發(fā)展的價值觀。我們倡導(dǎo):著重于對信息資料的收集整理工作,從而引導(dǎo)和指導(dǎo)技術(shù)的研究開發(fā)。我們也倡導(dǎo):新技術(shù)的研究開發(fā)應(yīng)注重與高校之間的合作,研究領(lǐng)域應(yīng)抓住關(guān)鍵技術(shù),不要大而全,也不要一哄而上,而是實現(xiàn)一項一項關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)和突破。只有這樣,在經(jīng)歷一段時間以后,中國汽車產(chǎn)業(yè)才能真正強(qiáng)大起來,新的汽車產(chǎn)業(yè)才會成為引領(lǐng)潮流的先鋒。

        國家《“十三五”汽車工業(yè)發(fā)展規(guī)劃意見》對智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展設(shè)定了目標(biāo),“十三五”期間積極發(fā)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車,具有駕駛輔助功能(1級自動化)的汽車當(dāng)年新車滲透率達(dá)到50%,有條件自動化(2級自動化)的汽車當(dāng)年新車滲透率達(dá)到10%,將為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的全面推廣建立基礎(chǔ)。我國的車企應(yīng)緊緊圍繞這一規(guī)劃意見,深度貫徹習(xí)總書記提出的加快改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),深入推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合的中心思想。只有這樣,才能積極培育產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)和商業(yè)新模式,構(gòu)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展新體系,通過汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級,最終擁有我國汽車行業(yè)在新一輪再工業(yè)革命下的國際競爭力!

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