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    提起電動車電池,大家耳熟能詳的無外乎這三種電池:鉛酸電池、鋰電池以及近幾年比較火的石墨烯電池。那麼,當新國標正式實施後,未來電動車會選擇哪種電池呢?下面來比較一下每種電池的特點和優缺點。

    一、鉛酸電池

    鉛酸電池(VRLA),是一種電極主要由鉛及其氧化物製成,電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池放電狀態下,正極主要成分為二氧化鉛,負極主要成分為鉛。充電狀態下,正負極的主要成分均為硫酸鉛。一個單格鉛酸電池的標稱電壓是2.0V,能放電到1.5V,能充電到2.4V;在應用中,經常用6個單格鉛酸電池串聯起來組成標稱是12V的鉛酸電池,還有24V、36V、48V等。鉛酸電池主要由管式正極板、負極板、電解液、隔板、電池槽、電池蓋、極柱、注液蓋等組成,其電極是由鉛和鉛的氧化物構成,電解液是硫酸的水溶液。

    二、鋰電池

    鋰電池由正極、負極、隔膜、電解液四大材料構成,正極材料一般都是一些富鋰的層狀化合物,目前常見的商用正極材料主要有鈷酸鋰(LiCoO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)以及三元材料(LiMnxCo1-x-yNiyO2)等。負極材料主要為石墨。石墨烯具有極強導電性、超高強度、高韌性、較高導熱效能等。人們希望其取代石墨充當電池負極,或者用於鋰電池其他關鍵材料,以期將鋰電池的能量密度和功率密度大幅提高。從目前技術發展階段來看石墨烯電池尚未出現,石墨具有層狀結構,這種結構給鋰離子的嵌入設定了一個閘口,是鋰電池具有充放電平臺和高庫侖效率的決定因素也是其成為鋰電池關鍵材料的重要因素之一。

    與鉛酸電池相比,鋰電池的平均電壓更高,其能量密度高,換言之,同等大小的電池,鋰電池容量更多。另外,鋰電池相對輕巧,攜帶方便,而壽命相對要長很多,但是價格更貴,穩定性差。。此外,鋰電池的高低溫適應性更強,受溫度影響因素較小,且更加綠色環保。

    雖然,鋰電車有很多優勢,但以目前而言,鉛酸電動車為主,其主要的因素是技術的不完善,雖然一些鉛酸巨頭和電動車巨頭都開始研發鋰電產品,但是作為一項新涉足的領域,很多企業目前都在不斷摸索和探索之中,而初期的產品往往可能無法達到成熟的地步。

    三、石墨烯電池

    所謂的石墨烯電池,可以理解為我們平時說的黑金電池,其是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性,開發出的一種新能源電池。作為目前最薄、最堅硬、導電導熱效能最強的一種新型奈米材料。同時,石墨烯聚合材料電池的重量僅為傳統電池50%,成本將比鋰電池低77%。從效能來看,全石墨烯鋰電池充電一次,耗時也不超過10分鐘。一般行業都是直接將電極摻雜的石墨烯的石墨基儲能材料直接統稱為石墨烯電池,並非全石墨烯。

    從特點來看,石墨烯電池的綜合性能是最好的,但是為什麼沒有成為主導呢?石墨烯在電池上的應用,主要是和矽結合在電池負極裡面代替原來的石墨,這樣可以提升電池的整體容量和充電速度,但效能提升效果有限。另一方面雖然目前,很多企業都推出過黑金電池,但是大多在這一領域處於探索的階段,而其價格又相對較高,所以這也是其得不到重大應用的原因之一。另外,石墨烯汙染較為嚴重,墨烯生產需要用到大量的硫酸,處理也很麻煩。簡單來說,第一,價格;第二,技術;第三,處理麻煩。

    四、鉛酸電池的優缺點

    1、主要優點是電壓穩定;

    2、與鋰電池相比,鉛酸電池的價格相對便宜,大眾更容易接受;

    3、鉛酸電池的高倍率放電效能更好,鉛酸電池回收價格比鋰電池更高;

    4、與鋰電池相比,鉛酸電池能量密度更低、比能低,而且其使用壽命不及鋰電池

    五、鋰電池的優缺點

    1、能量密度高,其體積能量密度和質量能量密度分別可達450W.h/dm3和150W.h/kg,而且還在不斷提高;

    2、使用壽命長,100%DOD充放電可達900次以上;當採用淺深度(30%DOD)充放電時,迴圈次數已經超過了5000次;

    3、沒有Ni-Cd、Ni-MH電池一樣的記憶效應,迴圈效能優越;

    4、與普通電池的相容性差,因為一般要在用3節普通電池(3.6V)的情況下才能用鋰離子電池進行替代;

    5、成本高,主要是正極材料LiC002的價格高,隨著正極技術的不斷髮展,可以採用LiMn204、LiFeP04等為正極,從而有望大大降低鋰離子電池的成本;

    6、鋰電池安全穩定性相對而言比較差,要是操作不當,很容易發生爆炸的風險。另外,鋰電池不能大電流放電且生產要求條件高,成本更高。

    六、石墨烯電池的優缺點

    1、石墨烯電池是由碳原子組成的單原子層平面薄膜,厚度僅為0.34奈米,是目前世界上已知的最輕薄、最堅硬的奈米材料,透光性好,能摺疊;

    2、石墨烯是世界上導電性最好的材料,在傳統的手機鋰電池中加入了石墨烯複合導電粉末,提高了電池的倍率充放電效能和迴圈壽命;

    3、安全穩定,新型石墨烯聚碳電容電池,充滿電後用射釘槍打使其短路,任何反應都沒有。放在火上燒,也不會發生爆炸;

    4、工藝特性不相容,石墨烯比表面積過大,會對現有鋰離子電池的分散均漿等工序帶來一大堆工藝問題;

    5、市場上的石墨烯電池不是純石墨烯電池,只是在鋰電池的基礎上摻雜了一些石墨烯的相關的技術,與傳統的鋰電池相比,它帶來的效能提升也僅僅只有那麼一點點,再加上石墨烯的成本十分的高昂,它的製造工藝也非常的高,石墨烯電池的製作工藝仍然不夠成熟,目前僅處於實驗室階段的它無法達到量產的地步。

    七、石墨烯電池和鋰電池哪個更好?

    1、石墨烯電池是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜,是一種只有一個原子層厚度的準二維材料。利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性,開發出的一種新能源電池,其被認為是未來最具潛力的材料之一;

    2、鋰電池相比石墨稀電池明顯是更加進步的,在動力特性、電容量、充電速度等方面均有著很搭的領先。石墨稀電池可以在更小的體積方面,實現更大的容量,更快的充電速度;

    3、單從使用角度而言,石墨烯電池完全能勝任鋰電池在電動車中所起的作用,它有著更大的儲存容量以及更快的充電速度,並且在高溫下也比鋰電池更為耐用。因此石墨烯電池作為電動車電池是毫無問題的;

    4、目前石墨稀還沒達到實用化階段,離大批次生產還有很長的路要走。鋰電池在安全性、續航能力、環境汙染以及充電速度方面存在的巨大短板已經開始嚴重限制了各大高科技產業的發展,因此許多企業研發部門都將目光放到了更先進的石墨烯電池上面,並相信這一新型電池未來將徹底取代已經問世超過26年的鋰電池。

    總體而言,石墨烯電池雖然在效能方面遠勝傳統鋰電池,但是在電動車電池領域的應用上還是無法取代鋰電池的地位。儘管如此石墨烯電池的研發也仍在繼續,工藝的簡化與材料的最佳化都是其重點,未來用作電動車電池也可能不是夢想。由此可見,石墨烯電池存在著相當大的潛力,是代替鋰離子電池的最好材料。由於鋰電池的安全性差和火災風險,近年來石墨烯電池成為備受期待的火熱研究方向。除此之外高安全效能的新型奈米氧化鎢鋰電池或也成為今後最有發展前途的電池之一。

    八、總結

    我們再看新國標的出臺,其對電動腳踏車速度、重量等都有明確的規定,這意味著大型鉛酸電池將逐漸失去市場,而小型鉛酸電池短時間內會迎來一定的發展。但隨著環保整頓的推進,鉛酸電池還會出現向鋰電池過渡的情況,而鋰電車必然會迎來一波爆發期。又有人會說了,石墨烯電池呢?雖然石墨烯電池擁有很多鉛酸電池和鋰電池沒有的優點,但是,其想成為主導,其技術必須得到突破性的發展。

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