【正文】 圖 雙極性（右）和傳統(tǒng)（左）單極性蓄電池 2)在雙極性結(jié)構(gòu)中存在著。 近年來(lái) ,人們應(yīng)車輛系統(tǒng)改進(jìn)的要求 ,努設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出很多新型蓄電池 ,一方面是使用進(jìn)的蓄電池材料 ,例如薄金屬膜蓄電池、納米鉛酸蓄電池、石墨泡沫鉛酸蓄電池 ,另一方面改進(jìn)蓄電池的結(jié)構(gòu) ,其中有多極耳矩形蓄電池雙極性蓄電池、準(zhǔn)雙極性蓄電池、雙極耳螺旋繞式閥控鉛酸 (VRLA)蓄電池、薄極板純鉛 /錫術(shù) (TPPL)VRLA 蓄電池。由于在蓄電池 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 的壽命期內(nèi)每電荷 流量的成本勝過(guò) SLI 蓄電池 ,AGM 蓄電池具有很好的潛力適合于需要高循環(huán)壽命的汽車。這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)最初集中在 42V 輕度混合動(dòng)力車上 ,但也能研制出性能顯著改進(jìn)的 12V 蓄電池 ,例如 ,用于發(fā)動(dòng)機(jī)停車 /起步應(yīng)用和再生制動(dòng)的蓄電池。與 SLI 蓄電池相比 ,在相等乃至更高的功率密度下這些蓄電池至少可增加 3倍的循環(huán)壽命 [5]。吸附性玻纖 (AGM)隔板使用了一種可浸潤(rùn)在電解液中的玻璃纖維。用比優(yōu)化 AGM 蓄電池的成本低的成本來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化富液式汽車蓄電池的淺循環(huán)壽命似乎是可能的。因?yàn)槲磥?lái)的動(dòng)力系統(tǒng)概念要求蓄電池 具有更高的電荷流量 ,鉛酸蓄電池應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是并按一定尺寸制造成帶有消耗特性的可用系統(tǒng)。蓄電池制造商將繼續(xù)面臨來(lái)自汽車制造商的巨大壓力 ,既要求改善質(zhì)量又要求降低零部件成本。 傳統(tǒng)的起動(dòng) 照明 點(diǎn)火 (SLI)用液體電解質(zhì)蓄電池是一種以成熟技術(shù)為基礎(chǔ)的商品 ,其零部件成本很低 ,約為 S35/kWh 或 S4/kW。 人們預(yù)料鉛酸蓄電池技術(shù)會(huì)繼續(xù)在汽車應(yīng)用領(lǐng)域保持重要的作用。那就意味著高電壓蓄電池 (36V 更高 )必須在單體電池水平上滿足更加精確的可靠度 ,以便正好保持蓄電池的可靠度跟原來(lái)一只 12V 蓄電池的可靠度一樣高。在車輛的電系統(tǒng)中引入蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)大大提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的可靠性 :不僅可以通過(guò)避免使用不當(dāng)情況的發(fā)生來(lái)延 長(zhǎng)蓄電池的平均使用壽命 ,而且應(yīng)該能夠基本上消除電池的早期失效和意外失效。因此在這樣的 “HRPSOC” 條件下 ,對(duì)于 VRLA蓄電池的極板 — — 特別是負(fù)極板 — — 有遭受 硬 硫酸鉛積累的傾向。在 42V 動(dòng)力系統(tǒng)中 ,蓄電池必須以高倍率提供大量淺充放電循環(huán)。這些都需要蓄電池具有更大的儲(chǔ)備容量。已知典型的交流發(fā)電機(jī)和蓄電池大小及駕駛模式 ,蓄電池一般會(huì)限制再生階段能夠捕獲的功率。視車輛的傳動(dòng)系和駕駛條件而定 ,燃耗和 CO2排放物能夠降低 %～ 4%。對(duì)比起來(lái) ,傳統(tǒng)的 12V 汽車蓄電池是在交流發(fā)電機(jī)輸出電壓下連續(xù)充電的 ,從而在其補(bǔ)充充電接受為極限的高充電狀態(tài) (SOC)下運(yùn)行。蓄電池須向電負(fù)載提供的電力越多 ,能夠足夠快地給它再充電就越為重要。對(duì)代替 SLL 蓄電池的 AGM 的淺循環(huán)壽命要求一般是富式蓄電池的 3倍。因此 ,有些汽車制造商已經(jīng)將一些有助于淺循環(huán)壽命的要求納入其標(biāo)準(zhǔn)蓄電池的規(guī)范中。例如在怠速期間 ,蓄電池可能得供應(yīng)全部的負(fù)載電流達(dá)到一個(gè)相當(dāng)大的百分?jǐn)?shù)。結(jié)果 ,在切斷期間蓄電池會(huì)過(guò)度消耗。 （ 2） 淺循環(huán)壽命 有兩個(gè)因素促使汽車用蓄電池的循環(huán)耐久能力提高。迄今為止 ,AGM 蓄電池的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是它們的耐熱能力不如今天的富液式蓄電池。一方面要求減小外形尺寸 ,而另一方面又要保持性能不變。不管是被放在發(fā)動(dòng)機(jī)室中、座椅下、還是車輛的后部 ,蓄電池的外形尺寸都要求有足夠的工作容積。隨著人們對(duì)節(jié)油和降低有害物排放的關(guān)注 ,開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出許多混合動(dòng)力系統(tǒng) ,引入停車 — 起步、助推、再生制動(dòng)等功能。傳統(tǒng)的汽車蓄電池是 SLI 蓄電池 ,它具有起動(dòng) (S)、照明 (L)和點(diǎn)火 (I)三項(xiàng)基本功能。在一只鉛酸蓄電池?zé)o法單獨(dú)滿足不斷提高的要求的情況下 ,雙儲(chǔ)能系統(tǒng)有可能提供車輛所需的功率。超級(jí)電容器可延長(zhǎng)鉛酸電池的壽命 ,保護(hù)負(fù)極板免于高倍率放電和充電。 與傳統(tǒng)的起動(dòng) — 照明 — 點(diǎn)火 (SLI)蓄電池相比 ,在改善性能和使用壽命兩方面已經(jīng)取得或即將取得顯著的技術(shù)進(jìn)步 ,開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出許多新型蓄電池。因此 ,對(duì)汽車用蓄電池的要求也將顯著提高 ,例如有關(guān)可靠性、淺循環(huán)壽命、充電接受和在部分充電狀態(tài)下高倍率放電 (HRPSOC)運(yùn)行的要求。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 （ 3）真空熱處理法 德國(guó)阿 爾特公司研制的真空熱處理法還要便宜，不過(guò)這首先需要在廢電池中分揀出鎳鎘電池，廢電池在真空中加熱，其中汞迅速蒸發(fā)，即可將其回收，然后將剩余原料磨碎，用磁體提取金屬鐵，再?gòu)挠嘞路勰┲刑崛℃嚭湾i。濕處理可省去分揀環(huán)節(jié)（因?yàn)榉謷鞘止げ僮?，?huì)增加成本）。不過(guò)，熱處理的 方法花費(fèi)較高，瑞士還規(guī)定向每位電池購(gòu)買者收取少量廢電池加工專用費(fèi)。該工廠一年可加工 20xx噸廢電池，可獲得 780噸錳鐵合金， 400噸鋅合金及 3噸汞。 ． 2回收利用 （ 1）熱處理 瑞士有兩家專門(mén)加工利用舊電池的工廠，巴特列克公司采取的方法是將舊電池磨碎后送往爐內(nèi)加熱，這時(shí)可提取揮發(fā)出的汞，溫度更高時(shí)鋅也蒸發(fā)，它同樣是貴重金屬。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第五章 汽車廢舊蓄電池再生技術(shù)研究的展望 國(guó)際上通行的廢舊電池處理方式大致有三種：固化深埋、存放于廢礦井、回收利用。 VpLA 電池 近年來(lái) ,為了降低汽車排氣量及改善燃料費(fèi)用 ,有必要提高怠速停行車運(yùn)行方式 ,怠速停行車是當(dāng)車怠 速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)目前 ,日本在住宅配送車和專線公共汽車已向這種運(yùn)行方式傾斜近年來(lái) ,自用車在等信號(hào)交通阻塞等短時(shí)間停車時(shí)也采用這種運(yùn)行方式怠速停行車用鉛蓄電池除起動(dòng)外 ,當(dāng)車停止時(shí)也需要供電 ,與傳統(tǒng)的不采用怠速停行方式運(yùn)行的車輛相比 ,電池放電頻率增加 ,容易造成充電不足因此 ,對(duì)這種電池的要求是即便在充電不足的情況下 ,也能發(fā)揮耐久性能 。 因 此 ,開(kāi)發(fā)研制高性能長(zhǎng)壽命的閥控式鉛蓄電池事在必行日乍尺 ,里簫電池卜戶企業(yè)聯(lián)臺(tái)共同斤發(fā)研制出不同類型的環(huán)保丁旦汽車用鉛爵電池 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 20xx年度中國(guó)電源產(chǎn)業(yè)進(jìn) 入 了一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期 ,電源產(chǎn)品朝著高頻化 高能量密度高功率高可靠性高智能化和清潔生產(chǎn)等方向發(fā)展特別是十二五期間要加大力度發(fā)展新興產(chǎn)業(yè) ,其中新能源汽車穩(wěn)占一個(gè)席位 ,這將預(yù)示著鉛蓄電池作為新能源產(chǎn)業(yè)中的主力軍有著無(wú)可厚非的發(fā)展前景但是 ,在十二五期間 ,中國(guó)的鉛蓄電池行業(yè)必須攻 克制約行業(yè)發(fā)展的幾大難題 ,走轉(zhuǎn)型升級(jí)之路 ,未來(lái)才有發(fā)展的空間 ?，F(xiàn)在對(duì)燃料電池的研究的投入還不夠 ,大多僅依靠國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)的少量資助。尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC)具有高功率、低溫運(yùn)行、快速啟動(dòng)、無(wú)噪聲等特點(diǎn) ,使其在電動(dòng)汽車、航天、軍事等領(lǐng)域有著極其重要的應(yīng)用。 1999年 9月大連化學(xué)物理所研制成功了 5kW的 PEMFC 電池組 ,該電池組由 74節(jié)單電池組裝而成。該所利用多年 AFC 研究的技術(shù)積累 ,在研究了 Pt/C 電催化劑與電極制備工藝 ,膜電極三合一組件制備和其間水分布與傳遞 ,在電池組內(nèi)增濕、密封與組裝工藝基礎(chǔ)上 ,于 1998年組裝了kW 級(jí) PEMFC 電池組。大連化學(xué)物理所從 1994年起 ,開(kāi)始 PEMFC 的電極研究工作 ,現(xiàn)已成功地將電極 Pt 含量降至 。加拿大的 Ballard 公司為加拿大國(guó)防部建造的 45kW 質(zhì)子交換膜 燃料電池潛水艇已于 1996年底完成 ,并計(jì)劃在 20xx年建成一艘 212級(jí) 300kW 質(zhì)子交換膜燃料電池潛水艇 ,能提供 8節(jié)的巡航速度。國(guó)際上有多家公司和科研機(jī)構(gòu)對(duì) PEMFC 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 進(jìn)行研究 ,如加拿大的 Ballard 公司、德國(guó)的 Siemens 公司、意大利的 DeNor公司以及美國(guó)的 LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等。電池組內(nèi)平衡與熱平衡 :對(duì)于高電流密度 PEMFC 電池組 ,是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵 。電極、膜三合一制備工藝 :電極與膜采用熱壓合減小接 觸電阻 ,電極內(nèi)全氟磺酸樹(shù)脂與膜熔合 ,提供 H+通道 ,提高 Pt 利用率 。發(fā)電時(shí)無(wú)噪聲 ,而且紅外信號(hào)很弱 ,在軍事領(lǐng)域有著極其重要的用途。按負(fù)載要求 ,系統(tǒng)規(guī)?？纱罂尚??？墒覝叵驴焖倨饎?dòng)投入運(yùn)行 。質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC)由若干單電池串聯(lián)而成。直至 80年代 ,加拿大 Ballard公司注意到 PEMFC可在室溫下快速啟動(dòng) ,作為移動(dòng)動(dòng)力電源的潛力 ,又開(kāi)始進(jìn)行 PEMFC 的研究。但由于穩(wěn)定性及導(dǎo)電性均差 ,使用壽命僅 500h。但在歷史上 ,PEMFC 實(shí)際上是最先得到應(yīng)用的燃料電池。而在國(guó)內(nèi)PAFC 的研究工作目前尚處于空白狀態(tài)。 1991年?yáng)|京電力公司在五井火力 發(fā)電廠內(nèi)建成了當(dāng)時(shí)世界上功率最大的 12MWPAFC 發(fā)電站。但 PAFC 電站造價(jià) 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 的進(jìn)一步降低仍需長(zhǎng)期努力。 (7)降低造價(jià)與技術(shù)的改進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)化和大規(guī)模生產(chǎn)分不開(kāi)。(5)裝置緊湊 ,檢修空間小 ,維修困難。例如美國(guó) ONSI 公司的 200kWPC225發(fā)電裝置投運(yùn)時(shí)間已超過(guò) 37000h,可用率超過(guò) 95%,接近商業(yè)化目標(biāo)要求的40000h。 (2)潔凈、對(duì)環(huán)境污染小 ,沒(méi)有 (或很小 )轉(zhuǎn)動(dòng)部件 ,振動(dòng)和噪聲污染也很小。磷酸燃料電池的特點(diǎn)如下 : (1)發(fā)電效率在 35%43%之間 ,大容量電站效率較高些。 （ 4） 磷酸燃料電池 (PAFC) 磷酸燃料電池采用 H3PO4液體做電解質(zhì) ,發(fā)電效率為 35%43%,工作溫度180攝氏度 由于工作溫度降低 ,反應(yīng)速度慢 ,因此需要使用貴重金屬 Pt做催化劑。中科院上海硅酸鹽研究所 1971年就開(kāi)始 進(jìn)行了 SOFC 電極材料和電解質(zhì)材料的研究。另外 ,SOFC 還存在諸如電流密度小、電壓降高、制造工藝復(fù)雜、成膜設(shè)備昂貴等問(wèn)題。SOFC 可以與燃?xì)廨啓C(jī)相結(jié)合 ,即用燃料電池的動(dòng)力代替燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒段 ,總效率可望達(dá)到 60%70%。 （ 3） 固體氧化物燃料電池 (SOFC) SOFC 工作溫度高達(dá) 1000攝氏度 ,反應(yīng)速度快 ,不需要貴重金屬做催化劑 , 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 不存在電解質(zhì)腐蝕金極上被氧化 ,燃料中雜質(zhì)對(duì)電池的性能、壽命影響均很小。長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所于 90年代初開(kāi)始研究 MCFC,在 LiAlO2微粉的制備方法和利用金屬間 化合物作 MCFC 的陽(yáng)極材料等方面取得了很大的進(jìn)展。由美國(guó)能源研究公司(ERC)建造 ,使用內(nèi)部重整的 2MWMCFC 裝置已經(jīng)安裝在加利福尼亞并入電網(wǎng)運(yùn)行了 720h,供電 1710MWh,1997年 3月停運(yùn) ,為建造和運(yùn)行這類電站提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。另外 ,燃料轉(zhuǎn)換效率高 ,余熱利用效率也較 高。由于在較高溫度工作 ,可以對(duì) 天然氣、煤炭氣化燃料進(jìn)行 內(nèi)部重整 ,直接 加以利用。 80年代初 ,研制了潛艇用 20kW 的大功率堿性石棉模型燃料電池樣機(jī)。中科院大連化學(xué)物理研究所在 60年代初也開(kāi)始研究堿性石棉膜型燃料電池。中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所 1958年就開(kāi)始研究培根型燃料電池。缺點(diǎn)在于對(duì) CO2和 N2十分敏感 ,故不適用于地面。 1各種燃料電池發(fā)展?fàn)顩r （ 1） 堿性燃料電池 (AFC) 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 20世紀(jì) 50年代起美國(guó)就開(kāi)始對(duì)堿性燃料電池進(jìn)行研究 ,并在 60年代中期成功地用于 Apollo 登月飛行。磷酸燃料電池 。對(duì)燃料電池的應(yīng)用前景進(jìn)行探討 ,并對(duì)我國(guó)的燃料電池研究提出了一些建議。 各種類型燃料電池 (堿性燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、磷酸燃料電池及質(zhì)子交換膜燃料電池 )的技術(shù)進(jìn)展、電池性能及其特點(diǎn)。四是動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)將加快發(fā)展，目前看來(lái)，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池優(yōu)勢(shì)最為明顯，未來(lái)幾年將呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng) 屬問(wèn)題。二是二次電池的增長(zhǎng)速度高于一次電池的增長(zhǎng)速度。目前已形成了一個(gè)龐大的企業(yè)和研 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 究群，如日本豐田和三菱、美國(guó) GM 和 FORD、德國(guó) BENZ 等汽車制造企業(yè)，再如加拿大巴拉德燃料電池公司、美國(guó) BLACKPOWER、 UNITEDFUEL