【正文】 電解質(zhì)的選擇仍是一個未解決的問題 ,因為在一些市場上認(rèn)為乙腈是有毒的 ,有可能的 。然而它們的能量密度不如蓄電池 ,而且其電壓垂度與 SOC成正比例。這種系統(tǒng)已于 2020 年 由 澳 大 利 亞 CSIRO 開 發(fā) 出 來 并 成 功 地 用 在HoldenECOmmodoreaXcessaustraliademonstration 車上。原理上 ,在車輛制動和加速期間 ,控制器將首先調(diào)整進出超級電容器的功率 ,然后再調(diào)整進出電池組的功率。眾所周知 ,超級電容器能夠輸出和接受很高的功率 ,但是可輸出和接受的能量很低 ,所以對于 HEV 應(yīng)用 ,這種技術(shù)的最佳運用是從再生制動吸收高功率與為加速提供高功率。因此為了延長鉛酸電池的壽命 ,應(yīng)該保護負(fù)極板免于高倍率放電和充電。薄極板技術(shù)使得在標(biāo)準(zhǔn)尺寸內(nèi)能夠裝下更多的極板 ,使蓄電池能夠提供很大的電流。 EnerSys 公司的薄極板純鉛 /錫技術(shù) (TPPL)VRLA 蓄電池具有很多無與倫比的性能優(yōu)點 ,其中包括優(yōu)良的發(fā)動機起動能力、長期的擱置壽命、持久的循環(huán)壽命和儲備容量。該材料可使鉛酸電池釋放出很 高的電勢。美 Firefly 能源股份有限公司開發(fā)了一種創(chuàng)新的碳 — 石墨泡沫鉛酸蓄電池。此外 ,圓形是一種理想的形狀 ,使電池之間有足夠空間供熱管理用。 雙極耳螺旋卷繞式閥控鉛酸 (VRLA)蓄電池能夠在部分充電狀態(tài) (PSOC)運行條件下輸出車輛所需的高倍率性能。當(dāng)然 ,這需要使用專用可耐高壓的吸附性玻璃纖維隔板。 3)雙極性蓄電池的內(nèi)阻遠遠低于單極性設(shè)計的蓄電池。雙極性蓄電池具有以下優(yōu)點 ,為混合動力提 供了極好的潛力 [7].（如圖 ） 1)在雙極性結(jié)構(gòu)中 ,由于電流垂直于表面 雙極性極板的一側(cè)傳導(dǎo)到另一側(cè) ,所以原理上 無 需具有金屬板柵。然而 ,耐高溫性大概是廣泛引入 AGM 蓄電池的一個瓶頸。 目前 ,小批量 AGM 蓄電池的零部件成本總計幾乎是 SLI 蓄電池成本的兩倍 ,從長期的潛力來看 ,大批量零部件的成本會下降 20%30%。用于高倍率部分充電狀態(tài) (HRPSOC)運行的 AGM 技術(shù)正在研發(fā)之中 ,此項工作即將取得進一步的成果。矩形和螺旋卷繞式兩種極板的幾何 形狀被認(rèn)為都適合汽車應(yīng)用。 閥控式鉛酸蓄電池 (VRLA)比傳統(tǒng) SLI 蓄電池更能經(jīng)受高 Ah 轉(zhuǎn)換量。電荷轉(zhuǎn)換量相當(dāng)于蓄電池的消耗量 ,但是由于一般按冷起動規(guī)范來確定 SLI 蓄電池的大小 ,所以在不犧牲使用壽命的情況下要有一些儲備容量來輸出更高的電荷轉(zhuǎn)換量。解決這些矛盾性目標(biāo)的唯一機會就是引入高度自動化的、連續(xù)的、無缺陷的蓄電池制造工藝。一般在使用 3~7年后就得更換一次 SLI 蓄電池 ,然而 ,由于它們的成本很低 ,所以將會繼續(xù)用作電荷 (Ah)轉(zhuǎn)換量非臨界的汽車的主要儲能系統(tǒng)。與傳 黃石理 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 統(tǒng)的起動 照明 點火 (SLI)蓄電池相比 ,已經(jīng)取得或即將取得顯著的技術(shù)進步 ,改善性能和使用壽命。因此 ,為了滿足高可靠度 ,將需要改進蓄電池的工藝過程控制。蓄電池可靠性的另一方面也不應(yīng)被忽視 :蓄電池的可靠度基本上是其各個單體可靠度的積。這種效應(yīng)會減損蓄電池的性能和壽命。對于發(fā)動機起動高倍率放電是必需的 ,而高倍率充電與再生制動有關(guān)。 （ 5） 耐久性和可靠性 未來的汽車系統(tǒng)要求蓄電池具有更高的耐久性和可靠性。 （ 4） 儲備容量 未來汽車的耗油量將顯著下降 ,許多技術(shù)要求具有相當(dāng)大的瞬態(tài)電流 ,如自動變速器控制 (VTC)或自動轉(zhuǎn)換齒輪 (ASG),頻 繁地使用渦輪增壓機、自動怠速停車等。這需要蓄電池能夠經(jīng)受住延長的 PSOC操作和額外的能量流量 ,及那些類似對輕度混合動力電動車用蓄電池要求的要求。如果隨加速 /減速 情況而改變電壓設(shè)定值 ,且在 PSOC 下操作蓄電池 ,那么在 14V 系統(tǒng)內(nèi)起動發(fā)電機或交流發(fā)電機或許能提供有限的再生功率。混合動力電動車內(nèi)的蓄電池是在部分充電狀態(tài) (PSOC)下動行的 ,在再生制動過程中提供了重要的補充充電接受 (充電接受最好 ,而且在 20%～ 70%SOC 黃石理 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 之間最容易控制蓄電池 )。 （ 3） 充電接受 充電接受 ,特別是在低溫下 ,是一種確定電源系統(tǒng)充電均衡的蓄電池要求。一般要求富液式 SLI 蓄電池在其使用壽命終止之前得經(jīng)得起累積 Ah 轉(zhuǎn)換量等于標(biāo)稱容量 150倍的淺循環(huán)。在上述兩種情況下 ,充放電循環(huán)一般非常淺 (放電深度 (DOD)10%),但是在幾年內(nèi)累積的Ah 轉(zhuǎn)換量可能是相當(dāng)大的。 (2)不連續(xù)地用交流發(fā)電機的輸出匹配舒適性負(fù)載的功率消耗。 (1)數(shù)量越來越多的電子控制元件 (ECO)要在切斷期間利用電流 ,一般在現(xiàn)代的高級轎車?yán)镉?0個以上的 ECO,由于零部件缺陷、軟件試驗不充分或意 想不到的相互作用等緣故有可能會增加所用的電流。把蓄電池移到溫度較低的位置將使額外費用大幅增 加 。如果蓄電池被安裝在發(fā)動機室內(nèi) ,蓄電池就得耐高溫 ,一般溫度約為 70℃ 或更高。隨著車輛流線性和行 人碰撞保護要求的增加 ,蓄電池的外形已成為一個大問題。 黃石理 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 （ 1） “SLI” 和封裝 汽車蓄電池還要具有 傳統(tǒng) 的起動 照明 點火 (SLI)功能 ,同時還要考慮封裝。未來車輛電力系統(tǒng)的耗電裝置越來越多 ,需要蓄電池的功率也越來越大。 汽車蓄電池 是汽車上的儲能裝置。蓄電池監(jiān)測、蓄電池管理等系統(tǒng)會為更主動的蓄電池運行策略創(chuàng)造條件 ,同時改善供電系統(tǒng)的可靠性。車內(nèi)儲能裝置的系統(tǒng)集成化將變得越來越重要。人 們期望鉛酸蓄電池技術(shù)繼續(xù)在這種應(yīng)用中起主要作用。這種加工一噸廢電池的成本不到 1500馬克（按匯率為 ，約合7072元人民幣）！ 未來的汽車用鉛酸蓄電池 燃料經(jīng)濟、生態(tài)、性能、安全和舒適等特性將促使許多新型電系統(tǒng)產(chǎn)生。馬格德堡這套裝置年加工能力可達 7500噸，其成本雖然比填埋方法略高，但貴重原料不致丟棄，也不會污染環(huán)境。 （ 2）“濕處理” 馬格德堡近郊區(qū)正在興建一個“濕處理”裝置，在這里除鉛蓄電池外，各類電池均溶解于硫酸，然后借助離子樹脂從溶液中提取各種金屬，用這種方式獲得的原料比熱處理方法純凈，因此在市場上售價更高，而且電池中包含的各種物質(zhì)有 95%都能提取出來。另一家工廠則是直接從電池中提取鐵元素，并將氧化錳、氧化鋅、氧化銅和氧化鎳等金屬混合物作為金屬廢料直接出售。鐵和錳熔合后成為煉鋼所需的錳鐵合金。 ． 1固化深埋、存放于廢礦井 廢電池一般都運往專門的有毒、有害垃圾填埋場 ，但這種做法不僅花費太大而且還造成浪費， 因為其中尚有不少可作原料的有用物質(zhì)。 2020年一 2020年逐漸完善嚴(yán)格限制汽體排放污染環(huán)境汽車生產(chǎn)廠家針對怠速停行車混合動力汽車高電壓 (42V)系統(tǒng)車等環(huán)保車型加大了開發(fā)力度 .日本 開發(fā)研制出汽車用卷繞式結(jié)構(gòu)的高性能鉛蓄電池從對蓄電池大功率輸出輸人性能強烈要求的角度及優(yōu)于傳統(tǒng)電池的觀點出發(fā) ,研發(fā)了新型鉛蓄電池 ,卷繞結(jié)構(gòu)高性能鉛蓄電池研究的主要為低電阻新品電池正極板負(fù)極板均為低電阻的薄型大面積極板隔板采用薄型貧液式 ,同時研討了可提高抗張強度及耐浸透短路性能 。 VRLA 電池 近年來 ,基于 CO2排放量的增加 ,導(dǎo)致氣候變暖源油價格居高不下及能源緊俏等日本早在 2020年依據(jù)現(xiàn)狀開始構(gòu)建長期的能源戰(zhàn)略 ,并起草了國家新能源戰(zhàn)略規(guī)劃到 2030年的目標(biāo)是在原有的基礎(chǔ)上再改善 30%的燃油效率目前運輸部門對石油的依賴度為 100%,但 2030年的目標(biāo)是削減到 80%。 基十近幾年來 CO2,排放量的增加 ,導(dǎo)致氣候變暖 ,日本政府開始構(gòu)建 近期的戰(zhàn)略計劃 ,增加混合電動汽車千占潔柴油年 插電式混合電動汽車等項目的 開 發(fā) 。與國外相比 ,我國的燃料電池研究水平還比較低 ,其原因有 :70年代我國研制的航天用 AFC 與國外的差距還很小 ,但此后由于種種原因停止了對燃料電池的研究工作 ,直到 90年代初才重新開展燃料電池的研究工作 ,致使我國燃料電池的研究水平大大落后于國外 。 我國的燃料電池技術(shù)目前燃料電池雖然由于成本昂貴、技術(shù)尚未完全成熟而無法得以廣泛應(yīng)用 ,但以其具清潔、高效、無污染等優(yōu)點必將擁有廣泛的應(yīng)用前景。該電池組輸出功率為 1kV 時 ,電池放電電流密度為308mA/cm2,平均電 壓為 , 輸出功 率為 時 ,放電電 流達到480mA/cm2,電池平均電壓達 。采用自制電極與 Nafion112膜組裝的單電池性能遠遠優(yōu)于美國 E2TEK 公司的電極 Pt 催 劑。此外該公司成功開發(fā)了以天然氣為燃料的 35kWPEMFC 熱電聯(lián)供系統(tǒng)。目前 PEMFC本體技術(shù)已趨于成熟 ,其關(guān)鍵部分 )))質(zhì)子交換膜已達到商品化階段。氫的安全儲存、供給以及富氫燃料的轉(zhuǎn)化。電極擴散層的制備工藝 。 目前在 PEMFC 研究中存在的主要技術(shù)關(guān)鍵為 :Pt/C 催化劑的制備 :制備Pt高度分散的電催化劑是減少 Pt 用量和降低電池成本的重要途徑 。比功率高 ,特別適用于軍用或民用的可移動電源及電動車輛 。不使用腐蝕性電解液 ,安全可靠 。單電池由表面涂有催化劑的多孔陽極、多孔陰極和置于其間的固體聚合 物電解質(zhì)構(gòu)成 ,PEMFC 之所以成為當(dāng)前國際上燃料電池研制、開發(fā)的熱點 ,是基于以下幾個突出的優(yōu)點 :工藝結(jié)構(gòu)簡單 ,開發(fā)投入相對較少 。在美國、加拿大等國科學(xué)家們的努力下 ,PEMFC 取得了突破性進展。雖以后采用全氟磺酸膜 (Nafion),解決了電池壽命和水污染的問題 ,但仍讓位于堿性燃料電池 (AFC),導(dǎo)致其研究長時間處于低谷。早在 60年代初 ,美國航空航天局曾 7次成 功地將 PEMFC 用于雙子座飛船。 （ 5） 質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC) PEMFC 是繼 AFC、 PAFC、 MCFC、 SOFC 之后迅猛發(fā)展起來的溫度最低、比能最高、啟動最快、壽命最長、應(yīng)用最廣的新一代燃料電池。目前 PAFC 技術(shù)已公認(rèn)為可用于熱電聯(lián)供的、具有高度可靠性的發(fā)電裝置 ,特別在象醫(yī)院、監(jiān)獄、旅館等對安全供電要求特別高的場合有著很好的應(yīng)用前景。美國最早在 60年代后期就開始對 PAFC 進行評價研究 ,是最早發(fā)展 PAFC電站技術(shù)的國家 ,而日本是 PAFC電站技術(shù)發(fā)展最快的國家 ,它僅用 10~15a 時間就與美國并駕齊驅(qū)。 ONSI 公司 1995年推出的 PC25C 型 PAFC 裝置的制造成本為 3000$/kW,而后推出的PC25D 型的成本降至 1500$/kW,體積減小 1/4,重量僅為 14t。 (6)PAFC 電站可以使用各種氣態(tài)或液態(tài)燃料 ,主要是使用天然氣或液 化天然氣 ,也可以使用液化石油氣、甲醇、煤油、沼氣等。 (4)滿負(fù)荷運行可達到 40000h,電池的輸出電壓的降低不大于 10%。 (3)隨著技術(shù)不斷改進 ,PAFC 電站 ,特別是 50kW 和 200kW 電站 ,其無故障連續(xù)運行時間不斷加長。熱 電聯(lián)供時 ,總效率為 71%85%。 PAFC 基本元件有陽極、陰極和電解質(zhì) ,單電池之間由隔板連接。吉林大學(xué)于 1995年在吉林省計委和國家計委的資助下進行 SOFC的研究 ,研制成功的單體電池電壓達到 ,電流密度 400mA/cm2。美國、丹麥、荷蘭、日本等國都很重視 SOFC,其中美國西屋 (Westinghouse)公司的研究工作較為突出 ,研制的 25kW 的 SOFC 電池組已經(jīng)通過了長期示范試驗 ,建造在荷蘭的 100kW 示范裝置也已于 1997年啟用 ,250kW 至 7MW 發(fā)電裝置的建設(shè)正規(guī)劃中。 SOFC 的主要問題是固體氧化物電解質(zhì)所用的陶瓷材料脆性大 ,目前仍很難制造出大面積的固體電解質(zhì)膜 ,這嚴(yán)重制約了建造大功率 SOFC。其燃料轉(zhuǎn)換效率高 ,高溫余熱可很好利用 ,從而提高燃料的總利用效率。大連化學(xué)物理所從 1993年起在中科院資助下開始研制 ,自制 LiAlO2微粉制造的 MCFC 單體電池性能已達國際 80年代初的水平。日本熔融碳酸鹽研究協(xié)會在日本月光計劃和新日光計劃的支持下 ,一個 1000kW 系統(tǒng)正在組裝以評價此技術(shù)。但 MCFC 在高溫下長期工作時電解質(zhì)損失造成的電池失效、隔板腐蝕對電池壽命的影響 ,以及鎳電極緩慢溶解所造成的性能下降都是有待解決的課題。不需要復(fù)雜昂貴的外重整設(shè)備。 （ 2） 熔融碳酸鹽燃料電池 (MCFC) MCFC 的電解質(zhì)由 Li2CO3和 K2CO3組成 ,工作溫度在 650攝氏度 左右 ,陰極、陽極電化學(xué)反應(yīng)快 ,無需貴金屬催化劑。 70年代初承擔(dān)了航天用堿性石棉膜型燃料電池的研制 ,研制成兩種類型的電池。年代初開展堿性石 60棉膜型燃料電池的研究 ,1968年承擔(dān)航天用堿性石棉膜型燃料電池 的研制。在國外 ,將 AFC用于潛艇及汽車的嘗試已不再繼續(xù) ,目前 AFC主要用作短期飛船和航天飛機的