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简述快充和固态电池的发展

来源:【拓尔德TRD】 4001com登录入口:2022-02-21 分享 加入收藏 关注:1315

广汽正式宣布进军动力电池领域。


这条资讯说小不小,说大其实也不大,因为车企主导动力电池Pack早都是大势所趋了,毕竟没有电池包设计技术,正向研发就无从谈起。而相比短期内几乎不可能大规模应用的新型锂电技术,在动力电池结构设计上的改良更具有实际效益。要知道,从单体到电池系统正是国内新能源行业的薄弱环节。


不过从长远来看,通过电池体系的革新,来提升电动汽车性能才是从根本上提升竞争力的方法。当前电池体系的发展主要分为两钟,一种是以固态电池、高镍三元为代表的高比能方向;另一种则是以快充为代表的高倍率方向。


提升能量密度一直是国内外研究的重点,笔者这里就不过多赘述了;而高倍率方向则主要体现为高功率和快充电池,在混合动力汽车和一些细分领域比较受欢迎,去年震惊世界的以色列5min闪充黑科技正是这一方向的典型代表。此外,在这一领域非常突出的还有日本东芝,国内则以微宏动力为首。


“续航不够、快充来凑”,虽然从某种程度上说,快充能大幅度缓解消费者里程焦虑,但因电网负荷太大,一直受到业内人士诟病。不过近日,日本东芝和保时捷均在快充领域作出突破,或许能为快充领域指明方向。


下面就来看看本周锂电行业都有哪些新技术和大事件吧。


1、东芝新一代SCiB车用锂电池充电6分钟续航320km

日前,东芝官方宣布,已经成功研发全新一代SCiB车用锂离子电池,具备能量密度高,极速充电等优点。根据东芝官方的实测数据(日本JC08标准),这种新型锂离子电池可达到充电6分钟,行驶320公里的惊人表现,是传统锂离子电池的三倍。


东芝官网在公告中表示,该企业于2008年就推出了超级充电离子电池(SuperChargeionBattery,SCiB),采用钛酸锂为负极,可实现快速充放电,寿命高达15000次,且在零下30℃的环境中也能使用。


通过技术研发,东芝又在此基础上又开发出以钛铌氧化物为负极材料的锂离子电池,其锂离子存储量是以石墨为负极材料锂电池的两倍。与此同时,东芝还展示了新型锂电池的样品,50Ah,尺寸仅111mmx194mmx14.5mm。据悉,其充电6分钟就能达到90%的电量,而传统电动车的锂电池即便采用快充,30分钟才只能充到80%。


据先容,新一代锂电池充放电5000次之后,依然能够保持90%以上的电池容量,损耗率极低。另外,在零下10℃的低温环境中也能实现快充。东芝表示,新的钛铌氧化物阳极材料和新一代SCiB电池是一个颠覆性的进步,有望对电动车续航和性能产生重大影响。据悉,新一代SCiB电池有望在2019年实现商用。


点评:其实在固态电池热度上升之前,快充技术一直都是企业研究的重点,只是不曾获得实用性进展,因为很难在保证快充的前提下还兼顾能量密度、循环寿命、以及安全性。国内在快充领域比较出色的是微宏动力,性能相对比较全面,但距被消费者接受还有一段距离。不过以固态电池为代表的下一代能量型锂电池也没有到产业化的程度,未来谁会在市场中取得优势还很难说,笔者个人认为,快充类电池更适合混动车型,以及其他特殊的细分领域。


2、技术增加燃料电池寿命

决定固体氧化物燃料电池性能的核心因素是发生氧还原反应的阴极,通常在阴极中使用具有钙钛矿结构的氧化物(ABO3)。然而,尽管钙钛矿氧化物在初始操作中具有高性能,但其性能随时间而下降,限制了其长期使用。特别是阴极运行所需的高温氧化态的条件导致表面偏析现象,其中氧化锶(SrOx)等第二相在氧化物表面积累,导致电极性能下降。


利用计算化学和实验数据,材料科学与工程系的WooChulJung教授团队观察到,钙钛矿电极晶格中Sr原子周围的局部压缩态减弱了Sr-O键强度,从而促进了锶的分离。该小组发现钙钛矿氧化物中应变分布的局部变化是锶表面分离的主要原因。基于这些发现,该团队在氧化物中掺入不同尺寸的金属以控制阴极材料中的晶格应变程度,并有效地抑制锶偏析。


WooChulJung教授说:“这项技术可以通过在材料合成过程中加入少量的金属原子来实现,而不需要额外的工艺。我希翼这项技术在开发高耐用的钙钛矿氧化物电极方面将卓有成效。”


点评:燃料电池寿命问题其实很复杂,当前最大的问题是由汽车工况导致的,启停、加速、减速等带来的电流变化对膜电极的衰减比较严重,这也是为什么现阶段燃料电池汽车都采用混动的动力系统总成方案,就是因为电池能承载并减弱电流变化对燃料电池的冲击。因此单从燃料电池本身的实验研究去提升寿命,含金量并不高,或者说实际带来的效益很小。


3、时超级快充MissionE充电电压可达到800V

保时捷表示,MissionE将采用800V的高压超快充系统,与现在比较流行400V充电系统相比,理论上能够缩短一倍的充电时间,让MissionE实现充电20分钟,行驶400公里,都足够从南京开到上海了。而与传统加油的方式相比,20分钟也并非不能接受。值得一提的是,在智能手机上主要有高压快充和低压快充两种方案,而对于电动汽车来说其实也比较类似,因为考虑到低压快充对于线缆的载流能力有更高要求,所以保时捷最终选择了高压快充。


保时捷MissionE将部分车辆电子控制系统的电压提升到48V,能为相关元器件提供更大功率的电能供应,随之而来的便是性能的提升。而类似的做法之前也出现在宾利添越(BentleyBentayga)上。至于其他车载辅助系统,则维持在标准的12V。


点评:其实快充有几大瓶颈,首先是电池本身的快充技术,其次是大功率充电桩。而这两点目前都没有得到有效的解决,保时捷推出的800v快充其实在现有条件下根本得不到大规模应用,更多的是一种示范。但至少保时捷的先进技术证明了快充在未来实现的可行性。


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