【正文】 同時(shí)，感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過(guò)我?guī)椭幕锇閭?，在此，我再一次真誠(chéng)地向幫助過(guò)我的老 師和同學(xué)表示感謝！ 。 馮 老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè) 論文 的每個(gè)階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo)。 這次畢業(yè)論文我得到了很多老師和同學(xué)的幫助，其中我的論文指導(dǎo)老師 馮端端老師對(duì)我的關(guān)心和支持尤為重 要。 感謝我的家人對(duì)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(huì)，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?lái)的關(guān)心和鼓勵(lì)。只有這個(gè)產(chǎn)業(yè)模塊中的每個(gè)因素都足夠成熟，才能推動(dòng)電池技術(shù)的蓬勃發(fā)展。而且，動(dòng)力電池企業(yè)要真正做大做強(qiáng)，還要經(jīng)受產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?、大比例研發(fā)投入和國(guó)外巨頭擠壓的考驗(yàn)。作為新能 源汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)之一的動(dòng)力電池勢(shì)必會(huì)扮演更重要的角色。超級(jí)電容車(chē)一旦展開(kāi)普及，市場(chǎng)前景會(huì)大大地超出想象。 超級(jí)電容前景廣闊 超級(jí)電容器產(chǎn)品雖然問(wèn)世不久，但由于它具有特殊的優(yōu)點(diǎn)，已在許多領(lǐng)域中獲得了應(yīng)用，其前景可以說(shuō)是非常廣闊。但是，燃料電池電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用成本的目標(biāo)是 50美元 /kW，距離還很大。毫無(wú)疑問(wèn)，現(xiàn)在燃料電池電動(dòng)汽車(chē)成本如此高的主要原因在于燃料電池系統(tǒng)本身的成本太高。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(chē)型的開(kāi)發(fā)，這也阻礙了鉛酸電池的進(jìn)一步發(fā)展。 表 42 金屬元素價(jià)格與儲(chǔ)量 金屬元素 金屬價(jià)格（萬(wàn)元 /噸） 世界儲(chǔ)量（萬(wàn)噸） 產(chǎn)量（萬(wàn)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(chǎng)廣泛，運(yùn)行成本低，維修方便等，相對(duì)于其它新型電池，仍有較大的市場(chǎng)需求。 金屬元素價(jià)格與儲(chǔ)量如表 42所示。 對(duì)于鋰電池，中信證券分析師李春波介紹，鋰電池根據(jù)正極材料不同 ，可分為磷酸鈷鋰、磷酸錳鋰、磷酸鐵鋰三種。但同時(shí)考慮到儲(chǔ)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(jìng)爭(zhēng)中，通過(guò)技術(shù)進(jìn)步和成本降低，占據(jù)一定市場(chǎng)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(chǎng)份額 受性能更加優(yōu)越的鋰離子電池?cái)D壓，因此并不被認(rèn)為是未來(lái)的發(fā)展方向，其供需平衡點(diǎn)將在 2020年左右出現(xiàn)。鎳氫電池仍然是目前動(dòng)力電池的主流，勢(shì)必借助新興產(chǎn)業(yè)扶持政策的東風(fēng)迎來(lái)一輪高速發(fā)展的黃金期 [10]。 推廣以純電動(dòng)（以煤炭和水電為來(lái)源）為主、以天然氣、二甲醚和混合動(dòng)力為輔的公交車(chē)和出租車(chē) 中期規(guī)劃 全面推廣先進(jìn)混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)；試點(diǎn)推廣可充電式混合動(dòng)力和氫燃料電池汽車(chē) 全面推廣以純電動(dòng)（以水電、風(fēng)能、核能等為來(lái)源）的公交車(chē)和出租車(chē)；試點(diǎn)推廣氫燃料電池汽車(chē) 長(zhǎng)期規(guī)劃 全面推廣可充電式混合 動(dòng)力汽車(chē)和氫燃料汽車(chē) 全面推廣以純電動(dòng)和氫燃料電池（以清潔能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能為來(lái)源）公交車(chē)和出租車(chē) 鎳氫與鋰離子電池是主流 從國(guó)內(nèi)外新能源汽車(chē)發(fā)展規(guī)劃來(lái)看，電動(dòng)動(dòng)汽車(chē)短期規(guī)劃以混合動(dòng)力為主，純電動(dòng)為輔。 2020 年我國(guó)新能源汽車(chē)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（見(jiàn)下表 41 所示 ）， 2020 年國(guó)家 “十二五 ” 電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展規(guī)劃正在由有關(guān)部委制定，有望 2020 年底出臺(tái)，認(rèn)為小型純電動(dòng)乘 用 車(chē)將是 3～ 5 年內(nèi)中國(guó)電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè) 發(fā)展的主導(dǎo)方向。有更大膽的預(yù)測(cè)則說(shuō)， 2020 年整個(gè)汽車(chē)市場(chǎng)的 80%市場(chǎng)份額將會(huì)被混合動(dòng)力汽車(chē)所占據(jù)。另外，還有把燃料電池用于電子廣告牌和電動(dòng)自行車(chē)的報(bào)道。預(yù)期這種微型燃料電池用于移動(dòng)電話，可連續(xù)待機(jī) 40d，而僅消耗不到 2盎司的甲醇。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(shí)間長(zhǎng)，生態(tài)平衡好，自身排放低等優(yōu)點(diǎn)，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。燃料電池汽車(chē)在成本和整體 性能上 (特別是行程和補(bǔ)充燃料時(shí)間上 )也明顯優(yōu)于其它電池的電動(dòng)汽車(chē)。 (3)效率高及性能高。燃料電池所使用的氫可取自天然氣、丙烷、甲醇、汽油、柴油、煤以及再生能源。以甲醇、汽油等為燃料的燃料電池汽車(chē)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(méi)有其它污染排放 (如氧化氮、氧化硫、碳?xì)浠锘蛭⒘?)問(wèn)題。燃料電池汽車(chē)的三大優(yōu)點(diǎn) [10]： (1)低排放。倫敦帝國(guó)大學(xué)的一家派生公司已開(kāi)發(fā)了一種中溫的 SOFC，它能提供安全連續(xù)的能源，并配有可移動(dòng)的輔助電池組，以便自由應(yīng)用，這種電池可靈活地用甲烷、甲醇、乙醇或純凈的氫氣為燃料。電池部件薄膜化以后，降低了 電池的內(nèi)阻，提高了有用功率的輸出，從而不需要高溫的條件，實(shí)現(xiàn)了中溫化，操作 度降到 700～ 500℃ 。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。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(guò)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。目前美國(guó)已有 5kW的 SOFC產(chǎn)品出售。 固態(tài)氧化物燃料電池 SOFC正在積極研制開(kāi)發(fā)中，它是高溫下先進(jìn)的電化學(xué)反應(yīng)器。美國(guó)至今已開(kāi)發(fā)的具有代表性的運(yùn)輸用燃料電池公共客車(chē)、轎車(chē)已達(dá) 30多種。清華大學(xué)汽車(chē)研究所的標(biāo)準(zhǔn)工況實(shí)際測(cè)試考核表明，這臺(tái)發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)效率大于 42%。由于它有很高的能量密度，現(xiàn)已成為汽車(chē)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 1994年 12月美國(guó)已建成迄今最大功率為 250kW的 MCFC電站。研究表明電池裝置的結(jié)構(gòu)對(duì)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(duì)小得多。據(jù)最新研究在沒(méi)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(guò) 40000h。目前美國(guó)已有少量銷(xiāo)售 PAFC，其商品化階段已經(jīng)開(kāi)始。 由于磷酸易得，反應(yīng)溫和，磷酸鹽型燃料電池 (PAFC)成為發(fā)展最快、研究最成 10 熟的一種燃料電池。因而運(yùn)行中需采用純態(tài)氫氣和氧氣。 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(lèi) 目前已開(kāi)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 (MCFC)和固態(tài)氧燃料電池 (SOFC))等三類(lèi)五種電池。 另外，僅有燃料電池本體還不能維持工作，還必須有一套相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，包括反應(yīng)劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置等。這一反應(yīng)的產(chǎn)品是電流、熱量和水。這些負(fù)電子經(jīng)外電路到達(dá)導(dǎo)電的陰極，同時(shí)余下的氫離子通過(guò)質(zhì)子滲透膜 被送到陰極。它不通過(guò)熱機(jī)過(guò)程，不受卡諾循環(huán)的限制。所需燃料 (氫或通過(guò)甲烷、天然氣、煤氣、甲醇、乙醇、汽油等石化燃料或生物能源重整制取 )和氧 (或空氣 )由外界輸入，原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)放電。 8 燃料電池技術(shù) 燃料電池的工作原理 燃料電池，雖有 “燃 ”字當(dāng)頭，實(shí)際上能量的獲得并不是通過(guò)燃燒，而是由氫氣和氧氣在空氣中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成電能。由于其容量很大，對(duì)外表現(xiàn)和電池相同，因此也有稱(chēng)作 “ 電容電池 ” [7]。 錳酸鋰電池同磷酸鐵鋰電池電池一樣運(yùn)用于多種車(chē)型，在北京奧運(yùn)會(huì)和上海 世博會(huì)的影響下，北汽福田、安凱均采用中信國(guó)安盟固利生產(chǎn)的錳酸鋰電池。 錳酸鋰主要為尖晶石型錳酸鋰尖晶石型錳酸鋰 LiMn2O4是 Hunter 在 1981 年首先制得的具有三維鋰離子通道的正極材料，至今一直受到國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者及研究人員的極大關(guān)注，它作為電極材料具有價(jià)格低、電位高、環(huán)境友好、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，是最有希望取代鈷酸鋰 LiCoO2成為新一代鋰離子電池的正極材料。采用磷酸鐵鋰電池的電動(dòng)汽車(chē)種類(lèi)很多，無(wú)論純電動(dòng)汽車(chē)，還是混合動(dòng)力汽車(chē)。 （ 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(wú)毒（ SGS認(rèn)證通過(guò)），無(wú)污染，符合歐洲 RoHS規(guī)定，為絕對(duì)的綠色環(huán)保電池。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象，電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無(wú)須先放完再充電。工作溫度范圍寬廣（ 20℃ ～ 75℃ ），有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá) 350℃ ～ 500℃ 而錳酸鋰和鈷酸鋰只在