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1、国外Z E B R A 电池发展近况 中国科学院上海硅酸盐研究所曹佳弟 Z E B R A ( N a N i c l 2 ) 电池技术研究与开发始于8 0 年代中期，其发明者是南非z E B R AP w e r s y s t e m sL t d 的D r c o e t z e rJ “1 ，Z E B R A 即为Z e r o 胁i s s i o nB a t t e r yR e s e 8 r c hA c t i v i t y 的缩写。以英国B e t aR DL t d 和德国A 船A n 9 1 0B a t t e r i e sG b H 两家公司联合组成的 风险
2、公司经十多年的努力，z 髓R A 电池的研究与开发已取得了相当突出的进展。三年前( 1 9 9 9 年) 出于战略考虑，该风险公司以其z E B I i A 电池的成熟技术和发展潜力并入瑞士一家专业生 产汽车部件和家用电器的狐s 公司，成为其属下专门生产电动汽车部件的子公司 腿S _ D E A 的一部分，从而使z E B I A 电浊技术开始进入工业化发展阶段。本文拟就Z 髓R A 电池 的基本特性、近期进展及应用展望作一介绍。 1 、z 髓R 电池的基本特性 z 髓R A 电池的表达式和反应式分别为： ( - ) N I l y9 ”- A b m ( s ) ，N 矗削c I ) ，N
3、i ( | ) 球i c b O ) ( + )( 1 ) 2 N N i C l 2 = = 2 N 矗C M i( 2 ) 从式( 1 ) 可以看出，珏B R A 电池的正负极活性物质分别是N i N i c l 。和金属N a 。一种称为 B ”_ A l 如的固体陶瓷电解质用于隔离正负电极。由于正极材料在工作温度下仍为固态物 质所以还需要一种称为A 1 c 1 的熔盐电解质存在于B 叫1 1 热固体电解质和正极活性物 质之间，在电池反应中起一个传输钠离子的作用。现电池一般装配在放电状态，如式( 2 ) 所示，即电池制备的初始原材料为N i 和N a c l ( 普通食盐) ，通过首次充
4、电N i 和N a c l 反 应在负极产生金属N a ，在正极形成N i 和N i c l ：混合物，当电池进行放电时，和N i c l 。又 重新反应生成N i 和N a c l 。 Z 髓R A 电池开路电压为2 0 5 8 V ，工作温度为2 5 0 _ 3 5 0 ，理论比能量为7 9 呻h K g 1 ，实际 比能量已达l O o w l l I 【g _ 1 ，全密封结构，无副反应，安时效率为1 0 0 ，可快速充电。此外，电 池组成材料无低沸点、高蒸汽压物质，具有安全可靠特性。 2 、z E B R A 电池近期进展”1 2 1 单体电池 已开始生产最新研制的札3 G 型单体电
5、拖，其主要性能指标见袭1 。 表1M L 3 G 型单体电池特性 容量c a p a c i t y A h 3 2 开路电压0 c V v 2 5 8 常规充电电压r lc h a r g ev 。1 t a g e V 2 6 7 快速充电电压F a s tc h a r g ev o l t a g e v 2 6 7 最大充电电压xr e g e n v 0 1 t a 种v 3 1 峰值功率P e a kp o W e r 胃 1 8 5 ( 8 0 D O D ，2 3 0 c V ，3 0 s ，3 3 5 ) 最大电流妇xc u r r e n t A十1 1 2 ，6 0 质
6、量w e i g b t g 7 1 5 尺寸D i m e n s i o nL w H 衄 3 6 5 3 6 5 2 3 2 比能量s p e c i f i ce n e r g y 厢h K g _ 1 1 1 5 比功率s p e c i f i cp o W e r 瓤g 。2 5 9 3 3 1 2 2 电池组 用上述札3 G 型单体电池组装生产的型号为z 5 c 电池组分高( 5 5 7 ”和低( 2 7 8 v ) 两种类 型。Z 5 _ 2 7 8 - M l 6 4 为低电压型，主要用于轿车和中巴，而z 5 咱5 7 虹_ 3 2 为高电压型，主 要用于混合电动车、电动
7、大客车和载重汽车等。其主要性能指标如表2 所示。 表zZ 5 c 型电池组特性 Z 5 2 7 8 叫L 一6 4Z 5 5 5 7 埘L 一3 2 容量C 8 p a c i t y A h 6 43 2 额定能量R a t e de n e r g y ( 1 r h 1 7 81 7 8 开路电压O c v 几( 0 一1 5 9 6 D O D ) 2 7 85 5 7 最大充电电压M a x r e g e n v o l t a g e v 3 3 56 7 0 最小工作电压M in o p v o l t a g e v 1 8 63 7 2 最大放电电流妇x d i s c h
8、 a r g ec u r r e n t A 2 2 41 1 2 电池型号电池数目c e l lt y p e No fc e l l s M 乙3 G 2 1 6虬3 G 2 1 6 质量w e i g h t - i t h 删I K g 1 9 51 9 5 比瞻量s p e c i f i ce n e r g yT i t h o u tB M l 月h K 一 9 49 4 能量密度E n e r g yd e n s it y - i t h o u tB M I 府h 1 1 1 4 81 4 8 2 小时放电能量E n e r g y2 hd i s c h a r g
9、e 聃h 1 6 01 6 0 比功率S p e c i f i cp e r _ i t h o u t 删1 月K 1 6 91 6 9 功率密度P o - e rd e n s i t y _ i t h o u tB M I 用1 1 2 6 52 6 5 峰值功率P e a kp o w e r 咖 3 23 2 8 0 粕o D ，2 3 0 c V 。3 0 s ，3 3 5 工作温度范围A l b i e n tt e m p e r a t u r e 一4 0 t o + 5 5 木叫如t o + 5 5 幸 热损失T h e r a ll o s 8a t2 7 0 i
10、n t e r n a l 脚 1 0 0 1 0 0 冷却c o o l i n g空气8 i r空气a i r 加热时间H e a t i n gt i m ef r o a m b i e n t h 2 4 ha t2 3 0 V A C2 4 h8 t2 V A C 附加设备P e r i p h e r y 跚I ，F a n ，c l a r g e r删I ，F ，c l l 8 潆r _ c d u et o8 1 e c t r o 玎i o 2 3 电池寿命 2 3 1 电池年限寿命测定 z 髓R A 电池是被公认为迄今为止所有新型电池在实用规模试验中工作年限最长的一种
11、电池。一个z E B R A 电池的工作年限寿命试验自1 9 9 1 6 起已经受了近9 年时间的考验，试 验期间不定期地进行电和热的循环，试验结果表明无电池损坏，无性能退化和容量衰退。 此外，经加速试验得出的结论为z 髓f I A 电池的潜在的工作年限寿命可大于1 0 年。 2 3 2 电池实际循环寿命 从实验室测试及大于5 0 0 个电池组实际路试结果表明：z E B I A 电池大于1 0 0 0 次循环寿 命是完全可行的。 3 、Z E B R A 电滟应用展望。1 叫 3 1z E B l c A 电池在电动汽车上的应用 最新研制开发的z 5 c 型电池组目前已被用于装配各种不同类型
12、的电动汽车。 3 1 1 电动小巴 目前十分认可的是一种用于城市后勤的D i m l e r c I l r y s l e rV I T o 电动小巴，德国姆政服 务用的就是这种车，其特性如表3 所示。 座位c a p a c i t y s e a t i n g6 + 】 载荷P a y l o a d 隐6 0 0 驱动D r i v eA C 驱动功率D r i v ep o ，e r I ( 1 r4 0 电池组型号T y p eo fb a t t e r y2 Z 5 C 能量E n e r g yc o n t e n t 肼h3 5 6 电池组电压B a t t e r y
13、v o l t a g e V2 7 9 电池组质量w e i g h tb a t t e r y K g4 0 0 最大速度x s p e e d K m l 。11 2 0 行驶里程I l a n g e l 【1 日1 2 0 1 5 0 3 1 2 混合或纯电动大客车 在意大利B o l o g n a 正在运行试验A u T O D R O 啪城市大客车，其性能见表4 。 表4A U T o D R o 如城市大客车特性 混合H y b r i d电动E l e c t r i c 座位坐站c a p a c i t y S e a t i n g S t a n d i n g
14、1 0 + 1 2 91 0 + 1 2 9 驱动D r i v eB r u s h l e s sD cB r u s h l e s sD c 驱动功率D r i v ep o T e r I ( 5 05 0 电池组型号T y p eo fb a t t e r y 2 Z 5 C2 Z 5 C 能量E n e r g yc o n t e n t K 砧 3 5 68 9 电池组电压B a t t e r yv o l t a g e v 2 7 9 2 7 9 电池组质量w e i g h tb a t t e r y K g4 0 01 0 0 0 最大速度M B x s p e
15、 e d K m 2 l 。5 06 0 此外，还正在计划准备开发公交大客车( 2 1 4 K 冒h ) 、校车( 1 2 5 K ) 及短程区间车等多种 商业化用车。 3 2z E B R A 电池未来前景展望 瑞士- 正s D E A 公司对z E B R A 电池未来前景十分看好，该公司对今后的计划打算一个是 通过进一步改善电池性能，将比能量从1 0 0 w h K 9 4 提高到1 2 晡h l 【g ；另一个是降低电池价 格，主要从扩大生产规模着手，目前一个1 8 ，o o 咐的生产厂房正在建造中，现z E B R A 电池 已开始进入商业化生产阶段，年生产能力达5 0 0 0 个电
16、池组，预计到2 0 1 0 年达到年产1 0 0 ， 0 0 0 个电池组，总投资将大于c 盹o o ，0 0 0 ，0 0 0 。此外，把s _ o 队公司对中国未来的电动汽 车市场也表示了相当的兴趣。 参考文献 1 C o e t z 盯JAn e w h i 曲哪d e I l S 畸b 批e l ys y g t e mJ p 州盯S o I 玳e s ，1 9 8 6 ；18 ：3 7 7 2D u s 恤a 地C - H1 1 圮S 埘s sZ 髓R Ab 啪研鼬m h l ：P r o c 1 7 mh I 晒出咖I a l E V S ， M 伽t r e a l C 日n a d a ，0 c t 1 6 1 8 ，2 0 0 0 3K a l l
