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1、汽车电池种类浅析上海顺风绿景新能源科技有限公司目 录电池种类电池种类生物电电池物理电电池化学电电池超级电级电 容器汽车电池种类生物电池按原理划分，主要可分为生物电池、物理电池和化学电池原理：使用酶或产电微生物作为生物催化剂，通过电化学途径将生物质燃料中的化学能直接转化为电能。分类：酶电池、微生物电池和生物太阳电池等。优点：反应条件温和、原料来源廉价、生物相容性好等优点，具备广泛的应用前景。案例：生物电池：2014年，中科院青岛生物能源与过程研究所生物传感技术团队在基于细菌表面展示酶的生物燃料电池研发方面 取得重要突破，开发出具有较高能量输出和稳定性的新型生物燃料电池（在连续工作55小时后仍可保
2、持84%的 最大输出功率，表现出很高的稳定性）。未来有望作为心脏起搏器电源和便携式电源得到广泛应用。2009年，在厦门举行的汽车“节能与绿色制造”高峰论坛上，来自厦门大学化学与化工学院的徐方成副教授介 绍了一种新型的微生物燃料电池，为汽车节能环保提供了一种解决方案。 这种微生物燃料电池是以糖类物 质、有机废水、有机废固等作为原料，通过专门的产生化学反应的装置，生成电或氢，进入超级电容器或者氢 燃料电池，最终形成电能。 徐方成说：“这项技术可以达到1千克的葡萄糖产生相当于4.46升汽油的能量。” 汽车电池种类物理电池按原理划分，主要可分为生物电池、物理电池和化学电池原理：利用物理原理制成的电池，
3、其特点是能在一定条件下实现直接的能量转换。分类：太阳能电池、飞轮电池、核能电池和温差电池。物理电池：1、太阳能电池：利用光电效应，将光能转化为电能，然后输出直流电存储于蓄电池中。案例：2011年，福特发布的插电式混合动力汽车C-Max Solar Energi。拥有SunPower开发的最新的太阳能板技术， 用户可以更多的利用太阳能从而减少插电充电次数。2009年9月，“中国电谷”的英利光伏应用技术研究院研发成功了世界首块车顶用太阳能电池，此为全球第一 块用于汽车车顶的商品化光伏组件，可作为汽车用电设备动力能源使用，降低发动机发电负载、油耗，还可作 为动力能源的补充装置。汽车电池种类物理电池2
4、、飞轮电池：将电能转换为飞轮的旋转动能，飞轮以高速旋转来储存动能，而后再利用电动机将动能转变成电能输出。美国飞轮系统公司已用最新研制的飞轮电池成功地把一辆克莱斯勒LHS轿车改成电动轿车，一次充电可行驶 600km，由静止到96km/h加速时间为6.5秒。优点：兼顾了化学电池、燃料电池和超导电池等储能装置的诸多优点能量密度高：储能密度可达100200wh/kg，功率密度可达5000l0000w/kg，超过锂电池100倍能量转换效率高：工作效率高达90%体积小、重量轻：飞轮直径约二十多厘米，总重十几千克左右 工作温度范围宽：对环境温度没有严格要求 使用寿命长：不受重复深度放电影响，能够循环几百万次
5、运行，预期寿命20年以上低损耗、低维护：磁悬浮轴承和真空环境使机械损耗可以被忽略，系统维护周期长案例：由于技术和材料价格的限制，飞轮电池的价格相对较高，小型场合无法体现其优势。但在一些需大型储能装置 的场合已得到逐步应用：美国TEXAS大学已研制出一款用于混合能量推动的汽车用飞轮电池，电池在车辆需要时，可提供150KW的能量， 能加速满载车辆到100km/h。美国太空总署已在空间站安装了48个飞轮电池，联合在一起可提供超过150KW的电能。据估计相比化学电池，可 节约200万美元左右（飞轮电池一次充电可以提供同重量化学电池两倍的功率，同负载的使用时间为化学电池的 310倍。同时，因为它的转速是
6、可测可控的，故可以随时查看电能多少）汽车电池种类物理电池3、核能电池：依靠核子发生裂变或聚变工作。应用：航天领域（满足各种航天器对电源的长期、安全、可靠供电的要求）航海、航空导航领域（寿命长达几十年、长期不需看管和维修、不用经常更换电池）医疗、微型电动机械等领域（体积小，供电时间长）随着航天、航空、深海等领域用核电池的成熟，核电池必将在汽车这一能源大户中得到应用。可以预计，在21世纪科学家们将会在电动汽车上应用一种长期工作不需维修、高效大功率、小体积、低成本的核电池。4、温差电池：利用温度差异，使热能直接转化为电能的装置。优点：体积小、重量轻、结构紧凑、性能可靠、寿命长、无振动、无噪音等应用：
7、这种电池目前的延伸品，即“半导体致冷片” ，通电后两侧产生温差，通常用在车载冰箱。汽车电池种类化学电池原理：将化学反应产生的能量直接转换为电能的装置，也称为化学电源。分类：生活中使用最多的电池。有按电解液种类、正负极材料、电池功能三种分类方式。化学电池：1、按电池的电解液种类分类：碱性电池、酸性电池、中性电池、有机电解液电池四类。1.1、碱性电池：电解质主要是以氢氧化钾水溶液为主，如碱性锌锰电池、镍镉电池、镍氢电池等n 碱性锌锰电池： 最成功的高容量干电池，也是目前最具性能价格比的电池之一； 较碳性电池来的优异，电容量大，同等型号的碱性电池是普通电池的容量和放电时间的3-7倍； 由于碱性电池多
8、是一次性使用，所以相对新一代的蓄电池（例如镍氢电池）较不环保。n 镍镉电池： 可重复500次以上的充放电，经济耐用； 内阻很小，可快速充电，又可为负载提供大电流； 放电时电压变化很小，是一种非常理想的直流供电电池； 在充放电过程中如果处理不当，会出现严重的“记忆效应”，使得服务寿命大大缩短； 镉有毒，因而镍镉电池不利于生态环境的保护。n 镍氢电池： 电量储备比镍镉电池多30%； 比镍镉电池更轻，使用寿命更长； 对环境无污染； 缺点是价格比镍镉电池要贵好多，性能比锂电池要差。汽车电池种类化学电池1.2、酸性电池：主要以硫酸溶液为介质，如铅酸蓄电池n 铅酸电池（VRLA）： 电压稳定、价格便宜；
9、电动车所使用的蓄电池都是铅酸蓄电池； 缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护频繁； 溢出物严重环境、破坏生态平衡，还会引发人体代谢、生殖及神经等方面的疾病。1.3、中性电池：以盐溶液为介质，如锌锰干电池n 锌锰干电池： 普通锌锰电池也称碳性电池。这是市场上最常见，最便宜的一种； 价格低廉是优势； 电容量低 ，不适合需要大电流和较长期连续工作的场合； 原材料浪费很大； 受环境温度、湿度、储存时间影响，容易自放电，电池的性能就会降低； 污染环境、影响人体健康汽车电池种类化学电池1.4、有机电解液电池：以有机溶液为介质的电池，如锂电池、锂离子电池等。n 锂电池： 一次性电池；
10、 使用时不太安全，经常会在充电时出现燃烧、爆裂的情况； 可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优 于锂离子电池，但由于自身的高技术要求限制，现只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。n 锂离子电池：（杉杉股份、深圳比亚迪、中信国安等） 可充电循环电池； 工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、自放电小、循环寿命长、污染小，是21世纪发 展的理想能源载体； 锂离子电池以优异的性能在便携式电器中得到广泛应用； 开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一 ； 缺点：成本太高，容量不大。磷酸
11、锂铁电池同时拥有锂钴、锂镍和锂锰的主要优点，但不含钴等贵重元素，原料价格低且磷、锂、 铁存在于地球的资源含量丰富，不会有供料问题，电容量大、高放电功率、可快速充电且循环寿命长，在高 温与高热环境下的稳定性高，是目前产业界认为较符合环保、安全和高性能要求要求的锂离子电池。汽车电池种类化学电池2、按电池的正负极材料分类：锌系列电池、镍系列电池、铅系列电池、锂系列电池、二氧化锰系列电池及空气系列电池等。 2.1、锌系列电池：锌锰电池、锌银电池等n 锌空气电池： 用活性炭吸附空气中的氧或纯氧作为正极活性物质，以锌为负极，以氯化铵或苛性碱溶液为电解质的一 种原电池； 充电过程缓慢。2.2、镍系列电池：镍
12、镉电池、镍氢电池等2.3、铅系列电池：铅酸电池等2.4、锂系列电池：锂离子电池、锂锰电池、聚合物锂电池、磷酸铁锂电池等2.5、二氧化锰系列电池：锌锰电池、碱锰电池等2.6、空气系列电池：锌空气电池、铝空气电池等（有望破解锂电池成本、容量难题）n 铝空气电池： 无污染、长效、稳定可靠，对环境十分友好，原材料丰富，成本低； 电池结构以及使用原材料可根据不同实用环境和要求而变动，具有很大的适应性，应用前景广阔； EV上的应用已取得良好效果，是一种很有发展前途的空气电池（比能量大、质量轻，提高续航里程）； 缺点：比功率较低，充电和放电速度比较缓慢，充放电次数少，自放电率较大，需防过热。 在我国，锌空气
13、电池和铝空气电池已列入研发范围。有人认为，金属空气电池将成为21世纪理想动力源， 大有代替锂电池一举称霸电池市场的态势。汽车电池种类化学电池3、按电池的功能分类：指根据工作性质或储存方式不同进行分类的分类法，主要被分为一次电池、二次电池、燃料电池和储备电池四类。3.1、一次电池：又称为原电池，即不能再充电的电池。如果原电池中的电解质不流动则称为干电 池，如锌锰干电池、锌汞干电池、锌银干电池等。3.2、二次电池：即可充电电池，习惯上称为蓄电池。它是目前最多的电动汽车电池型，主要有铅酸蓄电池、锂离子电池、镍氢电池及磷酸铁锂电池等3.3、燃料电池：又称“连续电池”，将燃料具有的化学能直接变为电能的发
14、电装置。特点：电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断 排除，燃料电池就能连续地发电。2014年2月19日据物理学家组织网报道，美国科学家开发出一种直接以生物质为原料的低温燃料电池。这 种燃料电池只需借助太阳能或废热就能将稻草、锯末、藻类甚至有机肥料转化为电能，能量密度比基于 纤维素的微生物燃料电池高出近100倍。3.4、储备电池：又称“激活电池”，这类电池的正负极活性物质在储存期不直接接触，使用前临时注入电解液或用其他方法使电池激活，如锌银电池、镁银电池。特点：是一类特殊形式的原电池，其电极活性物质与电解质分开存放，无自放电，可长时间贮存（510年
15、）而不需维护。当需要电池供电时,可用一定的机构使电解液或水（溶剂）使其激活，一次完成放电。汽车电池种类超级电容器概述：一种介于传统电解质电容器和电化学电池之间的新型储能元件。分类：从储能机理上分为双层电容器和赝电容器。特点：通过极化电解质来储能。是一种电化学元件，在其储能的过程不发生化学反应，储能过程可逆，因此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器：与普通电容器及电池的比较： 与铝电解电容器相比： 内阻较大，因此可在无负载电阻情况下直接充电； 较传统电容器而言有超级大的静电容量； 出现过电压充电时将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。 与可充电电池相比：可进行不
16、限流充电，充电次数可达106次以上，性能稳定因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。汽车电池种类超级电容器超级电容器以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国（特别是西方发达国家）都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发。技术特性： 充电速度快，充电 10 秒 10 分钟可达到其额定容量的 95 %以上； 循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达 150 万次，过充过放均不影响寿命； 能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率 90% ； 功率密度高，可达 300W/KG5000W/KG ，相当于电池的 510 倍； 产品原材料构成、生产
