【正文】 ........................ 7 燃料電池技術(shù) ..................................................................................................... 8 燃料電池的工作原理 ................................................................................. 8 燃料電池的分類 ........................................................................................ 9 燃料電池的特點 ...................................................................................... 11 4 電動汽車電池技術(shù)發(fā)展趨勢 ................................................................................. 11 鎳氫與鋰離子電池是主流 .................................................................................. 12 鉛酸電池受到局限 ............................................................................................ 13 燃料電池性能的提高與成本的降低 .................................................................... 13 超級電容前景廣闊 ............................................................................................ 13 5 結(jié)束語 ...................................................................................................................... 14 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 14 致 謝 .......................................................................................................................... 16 1 1 引 言 內(nèi)燃機(jī)汽車工業(yè)已經(jīng)有百余年歷史 ， 對于人類社會的影響非常深刻。目前從理想角度講對于電動 汽車能源系統(tǒng)有如下要求 ： (1) 高的比能量和能量密度 ； (2) 高的比功率和功率密度 ； (3) 快充和深放電的能力 ； (4) 壽命長 ； (5) 自放電效率小 ， 充電效率高 ； (6) 安全性能好且成本低廉 ； (7) 免維修 ； (8) 對環(huán)境無害 ， 可回收 ； 但目前還沒有一種能源能夠完全滿足上述要求。電池組 100%DOD循環(huán)壽命已經(jīng)從 2020年前后不到 200次，發(fā)展現(xiàn)在的 400次以上；比能量也從 35Wh/kg發(fā)展到現(xiàn)在的 40~45Wh/kg，有力地推動了電動自行車市場的飛速發(fā)展。五 ” 和 “ 十一 從以錳酸鋰和磷酸鐵鋰 為正極材料的單體電池特性來看，其比功率、比能量、安全性等指標(biāo)均能夠滿足整車要求，但是系統(tǒng)內(nèi)單體電池的一致性，系統(tǒng)整體的安全性、循環(huán)壽命等指標(biāo)能否在大批量生產(chǎn)時滿足要求，似乎是對電池企業(yè)的重要考驗。目前，仍有不少混合動力汽車和純電動汽車采用新一代鉛酸電池。 （ 3） 電池為貧液設(shè)計。 NiMH 電池有圓柱形和方形兩種。鋰電池相 對而言因為完全沒有記憶效應(yīng)，在使用上非常方便簡單。綜合考慮，性能價格比將為鉛酸電池的 4倍以上。 （ 7） 綠色環(huán)保 磷酸鐵鋰電池不含任何重金屬與稀有金屬（鎳氫電池需稀有金屬），無毒（ SGS認(rèn)證通過），無污染，符合歐洲 RoHS規(guī)定，為絕對的綠色環(huán)保電池。由于其容量很大，對外表現(xiàn)和電池相同，因此也有稱作 “ 電容電池 ” [7]。這些負(fù)電子經(jīng)外電路到達(dá)導(dǎo)電的陰極，同時余下的氫離子通過質(zhì)子滲透膜 被送到陰極。因而運行中需采用純態(tài)氫氣和氧氣。研究表明電池裝置的結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)的效率有很大的影響，而系統(tǒng)的尺寸和操作條件的影響相對小得多。美國至今已開發(fā)的具有代表性的運輸用燃料電池公共客車、轎車已達(dá) 30多種。但這種電池由于電解質(zhì)電導(dǎo)率不高，必須在高溫下操作，連接密封材料必須使用鉑等稀貴金屬，電池成本隨之大大增加。以甲醇、汽油等為燃料的燃料電池汽車雖也產(chǎn)生二氧化碳，但其排放量比內(nèi)燃機(jī)的要少得多，且沒有其它污染排放 (如氧化氮、氧化硫、碳?xì)浠锘蛭⒘?)問題。由于燃料電池與普通電池相比具有能源和裝置靈活，壽命及待機(jī)時間長，生態(tài)平衡好，自身排放低等優(yōu)點，今后它 將替代普通電池在膝上電腦、便攜式電子器件等方面應(yīng)用。 2020 年我國新能源汽車技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（見下表 41 所示 ）， 2020 年國家 “十二五 ” 電動汽車發(fā)展規(guī)劃正在由有關(guān)部委制定，有望 2020 年底出臺，認(rèn)為小型純電動乘 用 車將是 3～ 5 年內(nèi)中國電動車產(chǎn)業(yè) 發(fā)展的主導(dǎo)方向。但同時考慮到儲能電站的發(fā)展，鋰離子電池技術(shù)在和全釩液流技術(shù)的競爭中，通過技術(shù)進(jìn)步和成本降低，占據(jù)一定市場份額的情況，不排除鋰離子電池需求提前爆發(fā)的可能。但由于鉛酸電池本身受到能量和功率較低、循環(huán)壽命短等特性的局限，使其只能用于低端車型的開發(fā)，這也阻礙了鉛酸電池的進(jìn)一步發(fā)展。超級電容車一旦展開普及，市場前景會大大地超出想象。 感謝我的家人對我大學(xué)三年學(xué)習(xí)的默默支持；感謝我的母校 鄭州交通學(xué)院 給了我在大學(xué)三年深造的機(jī)會，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高；感謝 鄭州交通學(xué)院 的老師和同學(xué)們?nèi)陙淼年P(guān)心和鼓勵。 同時，感謝在整個畢業(yè)設(shè)計期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭幕锇閭儯诖?，我再一次真誠地向幫助過我的老 師和同學(xué)表示感謝！ 。只有這個產(chǎn)業(yè)模塊中的每個因素都足夠成熟，才能推動電池技術(shù)的蓬勃發(fā)展。 超級電容前景廣闊 超級電容器產(chǎn)品雖然問世不久，但由于它具有特殊的優(yōu)點，已在許多領(lǐng)域中獲得了應(yīng)用，其前景可以說是非常廣闊。 表 42 金屬元素價格與儲量 金屬元素 金屬價格（萬元 /噸） 世界儲量（萬噸） 產(chǎn)量（萬噸） CO 35 850 Ni 10,000 88 Mn 48,000,000 2500 鉛酸電池受到局限 鉛酸電池已有 150年的發(fā)展歷史，由于其本身技術(shù)成熟，市場廣泛，運行成本低，維修方便等，相對于其它新型電池，仍有較大的市場需求。但由于鎳氫電池的一些技術(shù)性能已經(jīng)接近理論極限值，如能量密度、充放電速度等，市場份額 受性能更加優(yōu)越的鋰離子電池擠壓，因此并不被認(rèn)為是未來的發(fā)展方向，其供需平衡點將在 2020年左右出現(xiàn)。有更大膽的預(yù)測則說， 2020 年整個汽車市場的 80%市場份額將會被混合動力汽車所占據(jù)。燃料電池汽車在成本和整體 性能上 (特別是行程和補(bǔ)充燃料時間上 )也明顯優(yōu)于其它電池的電動汽車。燃料電池汽車的三大優(yōu)點 [10]： (1)低排放。高溫固體氧化物燃料電池直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，不經(jīng)過中間環(huán)節(jié)，減少能量的損失，發(fā)電效率達(dá) 50%以上，總發(fā)電率可達(dá)到 85%以上。清華大學(xué)汽車研究所的標(biāo)準(zhǔn)工況實際測試考核表明，這臺發(fā)動機(jī)氫氣利用率高達(dá) 97%，電池組發(fā)電效率達(dá) 57%，發(fā)動機(jī)效率大于 42%。據(jù)最新研究在沒有 Ni短路的情況下，它甚至能 在 12～ 15大氣壓的高壓下工作超過 40000h。 圖 31 熔融碳酸鹽燃 料電池反應(yīng)原理 9 圖 32 質(zhì)子交換膜燃料電池反應(yīng)原理示意圖 圖 33 固體氧化物燃料電池原理示意圖 燃料電池的分類 目前已開發(fā)了的低溫燃料電池 (60～ 120℃ )(如堿性燃料電池 (AFC)、質(zhì)子交換膜(PEMFC)或固態(tài)聚合物燃料電池 (SPFC))，中溫燃料電池 (160～ 220℃ )磷酸燃料電池(PAFC))以及高溫燃料電池 (600～ 1000℃ )(如熔融碳酸燃料電池 (