【文章內(nèi)容簡介】 此時，氧化、還原反應(yīng)具備的能量一致，電池的等效電勢為平衡電勢。當(dāng)反應(yīng)向一側(cè)傾斜時，電池電勢偏離平衡點，產(chǎn)生的電勢偏差為電池內(nèi)部過電勢。同時，由于反應(yīng)物在電解液內(nèi)部和電解液/電極的界面處濃度產(chǎn)生偏差，形成了濃度差，進一步導(dǎo)致物質(zhì)傳遞的發(fā)生。另一個需要考慮的因素，即放電電壓和電流對應(yīng)的阻抗關(guān)系，在某種情況下，對應(yīng)的阻抗為變值。電池反應(yīng)的可逆性 電池反應(yīng)中存在多種能量傳遞的過程，在區(qū)分其可逆性時通常會涉及以下幾種劃分方式。 1北學(xué)可逆性:在電池的反應(yīng)中，如果電流方向的改變只改變了電池反應(yīng)的方向，并且沒有發(fā)生新的反應(yīng)，則電池反應(yīng)在化學(xué)上是可逆的。如果伴隨著電流方向的改變，還有新的反應(yīng)發(fā)生，該電池反應(yīng)在化學(xué)上是不可逆的。 :只要存在一個反向驅(qū)動就可以使電池反應(yīng)在連續(xù)的平衡狀態(tài)間反向進行，則稱該電池反應(yīng)為熱力學(xué)可逆。如果電池是化學(xué)不可逆，則不具備熱力學(xué)可逆性。 :具體的化學(xué)過程都不能滿足嚴(yán)格的熱力學(xué)可逆性，但可以在一定的前提條件下滿足熱力學(xué)可逆性。判斷可逆性的依據(jù):如果化學(xué)過程符合Nernst公式，即稱其反應(yīng)符合熱力學(xué)可逆性。 充放電過程中發(fā)生在MH/Ni電池正負(fù)極上的電化學(xué)反應(yīng)均屬于固相轉(zhuǎn)變機制，整個反應(yīng)過程中不發(fā)生任何中間態(tài)的可溶性金屬離子，也沒有任何電解液組成的消耗和生成。因此，MH/Ni電池可以實現(xiàn)完全密封和免維護，其充放電過程可以看成是氫原子或質(zhì)子從一個電極移向另一個電極的往復(fù)過程。充電過程中，正極活性物質(zhì)中的H39。首先擴散到正極/溶液界面與溶液中的OH一反應(yīng)生成Hz0。接著，溶液中游離的H39。通過電解質(zhì)擴散到負(fù)極/溶液界面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成氫原子并進一步擴散到負(fù)極材料貯氫合金中與之結(jié)合形成金屬氫化物。放電過程正好是充電過程的逆過程。 電池在進行過充放電時，其反應(yīng)原理可表示為 通常，MH/Ni電池采用正極限容的方法設(shè)計，負(fù)極的容量大于正極的容量， :1. 4}13}。這樣，在充電末期和過充電時，正極上析出的氧氣可以通過隔膜擴散到負(fù)極表面與氫復(fù)合還原為Hz0和OH一進入電解液，從而避免或減輕了電池內(nèi)部壓力積累升高的現(xiàn)象。過放電時，正極上析出的氫氣通過隔膜擴散到負(fù)極表面可以被貯氫合金迅速吸收。因此，MH/Ni電池具有較強的耐過充放電能力[14]0 從上面的過程可以看出，在過充和過放過程中，由于貯氫合金的催化作用，可以消除正極產(chǎn)生的Oz和HZ，從而使電池具有耐過充過放電能力。為了保證氧的復(fù)合反應(yīng)，在電池設(shè)計方面，MH/Ni電池采用正極限容的方法設(shè)計，負(fù)極的容量大于正極的容量，正負(fù)極容量之比為1:l. 2到1:。這樣，在充電末期和過充電時，正極上析出的氧氣可以通過隔膜擴散到負(fù)極表面與氫復(fù)合還原為HZO和OH一進入電解液，從而避免或減輕了電池內(nèi)部壓力積累升高的現(xiàn)象，否則，在電池過充時，MH電極又會產(chǎn)生大量氫氣，造成電池內(nèi)壓上升。而在過放電時，正極上析出的氫氣通過隔膜擴散到負(fù)極表面可以被貯氫合金迅速吸收，否則，在電池過放電時，MH電極上會析出氧，從而使MH合金被氧化。鋰離子電池 鋰離子電池的概念由M. Armand在1980年提出。他提出了搖椅式鋰二次電池的想法，即正負(fù)極材料均采用可以儲存和交換鋰離子的層狀化合物，充放電過程中鋰離子在正負(fù)極間來回穿梭。Sony公司于1989年申請了以石油焦為負(fù)極、LiCoO2:為正極、LiPFb6溶于PC+EC混合溶劑作為電解液的二次電池體系的專利。并在1990年開始將其推向商業(yè)市場。由于這一體系不含金屬鋰，日本人命名為鋰離子電池，這種說法最終被廣泛使用。鋰離子電池工作原理如圖13所示。充電過程中，鋰離子從正極材料中脫出，通過電解質(zhì)擴散到負(fù)極，并嵌入到負(fù)極晶格中，同時得到由外電路從正極流入的電子，放電過程則與之相反。正負(fù)極材料一般均為嵌入化合物，在這些化合物的晶體結(jié)構(gòu)中存在著可供鋰離子占據(jù)的空位?？瘴唤M成1維，2維或3維的離子輸運通道。 鋰離子電池根據(jù)正極材料的不同，又分為鈷酸鋰鋰離子電池、錳酸鋰鋰離電池、磷酸鐵鋰鋰離子電池和三元材料銼離子電池。使用不同正極材料的鋰離子電池其電池特性不盡相同，但作為電動汽車用動力電池，首要考慮的是安全問題，基于此點，目前國際上的鋰離子電池以尖晶石型錳酸鋰鋰離子電池和橄欖石型磷酸鐵理鋰離子動力電池為主。兩種材料各有優(yōu)點:尖晶石型錳酸鏗具備更高的工作電壓平臺，因此其具備更好的質(zhì)量比能量和體積比能量。橄欖石型磷酸鐵鋰則具備更優(yōu)的循環(huán)壽命和熱穩(wěn)定性[[20]。從目前的主流來看，橄欖石型的磷酸鐵埋鋰離子電池占據(jù)了更大的市場，歐洲、美國包括我國的鋰離子動力電池均是主要以磷酸鐵鋰為正極材料。而錳酸鋰鋰離子電池則主要有日本的支持，雖然從數(shù)量上來看，錳酸鋰的支持率較低，但日本本身是電池行業(yè)的技術(shù)強國和制造大國，因此，錳酸鋰材料的發(fā)展不容忽視。 LiFePO6是一種稍微扭曲的六方密堆積結(jié)構(gòu)。在LiFePO4晶格中，P占據(jù)四面體位置，銼、鐵填充在八面體的空隙中，晶體由FeO6八面體和P06四面體構(gòu)成空間骨架。每一個Fe O6八面體與周圍4個Fe0。八面體通過公共頂點連接起來，形成鋸齒形的平面，這個過渡金屬層能夠傳輸電子。各Fe0平面間相互平行，由P06四面體連接起來，每一個P06與一Fe0。層有一個公共點，與另一Fe06層的有一個公共邊和一個公共點，PO6四面體之間彼此沒有任何連接。 根據(jù)能量傳輸機制的不同，無線充電的種類可以分為一下四種形式: （1）電場禍合式能量傳輸。電場禍合方式，即靜電感應(yīng)式，利用容性藕合傳遞能量。該系統(tǒng)主要由能量發(fā)射部分和能量接收部分組成，能量的傳輸過程中，在發(fā)射端和接收端分別設(shè)置電極，通過極板間產(chǎn)生的電場來實現(xiàn)能量的無線傳輸。這種傳輸方式主要用于小功率傳輸方面，且技術(shù)相對不成熟，不適用于電動汽車充電。(2)電磁感應(yīng)式能量傳輸。磁場禍合式又稱ICPT ( Inductively Coupled Power Transfer )，利用電磁藕合原理傳輸能量。ICPT主要以磁場為媒介，利用初級線圈與次級線圈的松藕合，在次級線圈產(chǎn)生交變電流，從而將能量從傳輸端傳遞到接收端，實現(xiàn)無電氣連接的電能傳輸。電磁場可以穿透一切非金屬的物體，所以電能可以穿透很多非金屬材料進行傳輸。ICPT傳輸功率大，理論模型與技術(shù)都相對較為成熟。同時，在原、副邊線圈接入諧振電容使其工作在諧振狀態(tài)，可大大提高系統(tǒng)效率與傳輸距離。電磁感應(yīng)式電能傳輸是一種傳輸功率與效率較高且最易實現(xiàn)的非接觸式電能傳輸方式，也是現(xiàn)階段研究和發(fā)展的重點方向〔}z}，非常適合用于電動汽車無線充電。 (3)磁共振式能量傳輸。磁共振式又稱為WiTricity技術(shù)，是由美國麻省理工學(xué)院的研究人員于2007年提出來的，利用共振電路之間的共振現(xiàn)象進行供電，符合禍合模理論。當(dāng)發(fā)射線圈與接收線圈調(diào)整到相同頻率或者說在一個特定的頻率上共振時，它們就可以交換彼此的能量。擁有相同自諧振頻率的兩個線圈可以通過電磁場高效傳能，而頻率不同的物體卻基本不受磁場的影響，它是一種近場非輻射電能傳輸技。磁共振式無線能量傳輸實現(xiàn)了磁場的高效禍合以及中等距離能量的高效傳遞，適用于大功率傳輸，是當(dāng)前的研究熱點。但是Writricity技術(shù)理論模型比較復(fù)雜，國內(nèi)應(yīng)用較少，正處于研究階段。 (4)電磁波式能量傳輸。就是以電磁波(頻率在300MHz300}Hz之間的電磁波)為載體，在自由空間無線傳輸電磁能量。將電能轉(zhuǎn)化為電磁波，電磁波通過自由空間傳送到確定位置，再經(jīng)整流濾波轉(zhuǎn)化成直流電能供給負(fù)載，現(xiàn)己經(jīng)應(yīng)用于衛(wèi)星供電等外太空遠距離無線電能傳輸領(lǐng)域。電磁波式電能傳輸存在電磁污染等問題，在有人的地方不適于大規(guī)模發(fā)展與應(yīng)用，不適合電動汽車無線充電?！獜?fù)合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu) 近年來，復(fù)合材料作為一種應(yīng)用材料發(fā)展迅速且應(yīng)用廣泛，它具有剛度大、強度高、耐熱、耐磨、質(zhì)量輕等特點，可以滿足各種特殊用途，所以也是汽車輕量化材料的選材之一?？梢愿鶕?jù)實際需要對復(fù)合材料的力學(xué)性能和功能進行設(shè)計，可以通過適當(dāng)選材和優(yōu)化設(shè)計來得到[35]。隨著對新型復(fù)合材料的不斷研究和發(fā)展，復(fù)合材料將會廣泛應(yīng)用于汽車上，未來的“復(fù)合材料