摘要：隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)與節(jié)約能源的關(guān)注，電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)越來(lái)越引起人們的注意，而電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的核心及難點(diǎn)就在于蓄電池技術(shù)的發(fā)展。本文分類(lèi)介紹了幾種電動(dòng)汽車(chē)用蓄電池的技術(shù)狀況及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；蓄電池

Abstract：Along with the attention to the environmental protection and the energy saving,people more and more advert the EV. The core and difficulty of development of EV rest with the development of batteries technical.The article introduce technical-status and development-foreground of batteries for EV.

Keyword：electric vehicle;batteries

汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，推動(dòng)了全球機(jī)械、能源等工業(yè)的進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)、交通等方面的發(fā)展，同時(shí)也極大的方便了人們的生活。但是，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)所固有的消耗能源、污染環(huán)境的缺陷也一直影響和困撓著人們的生活及社會(huì)的發(fā)展，隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，隨著保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的呼聲日益高漲，新一代電動(dòng)汽車(chē)作為無(wú)污染、能源可多樣化配置的新型交通工具，近些年來(lái)引起了人們的普遍關(guān)注并得到了極大的發(fā)展。北京要把2008年奧運(yùn)會(huì)辦成一屆綠色的奧運(yùn)會(huì)，其中的一項(xiàng)工作就是要用環(huán)保型的電動(dòng)汽車(chē)來(lái)替代目前的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)。

電動(dòng)汽車(chē)以電力驅(qū)動(dòng)，行駛無(wú)排放（或低排放），噪音低，能量轉(zhuǎn)化效率比內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)高很多，同時(shí)電動(dòng)汽車(chē)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，安全性也優(yōu)于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)。但電動(dòng)汽車(chē)目前還存在價(jià)格較高、續(xù)駛里程較短、動(dòng)力性能較差等問(wèn)題，而這些問(wèn)題都是和電源技術(shù)密切相關(guān)的，電動(dòng)汽車(chē)實(shí)用化的難點(diǎn)仍然在于電源技術(shù)，特別是電池（化學(xué)電源）技術(shù)。目前制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵因素是動(dòng)力蓄電池不理想，而開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)，最重要的就在于開(kāi)發(fā)車(chē)載動(dòng)力電池的競(jìng)爭(zhēng)。

電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池與一般啟動(dòng)蓄電池不同，它是以較長(zhǎng)時(shí)間的中等電流持續(xù)放電為主，間或以大電流放電（起動(dòng)、加速時(shí)），并以深循環(huán)使用為主。電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電池的基本要求可以歸納為以下幾點(diǎn)：1、高能量密度；2、高功率密度；3、較長(zhǎng)的循環(huán)壽命；4、較好的充放電性能；5、電池一致性好；6、價(jià)格較低；7、使用維護(hù)方便等。

當(dāng)前研究開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池主要包括鉛酸電池、鎳金屬電池、鋰離子蓄電池、高溫鈉電池、金屬空氣電池、超級(jí)電容、飛輪電池以及具有更好發(fā)展遠(yuǎn)景的燃料電池和太陽(yáng)能電池。

1、鉛酸電池

鉛酸電池已有１００多年的歷史，廣泛用作內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的起動(dòng)動(dòng)力源，它也是成熟的電動(dòng)汽車(chē)蓄電池。鉛酸電池正負(fù)電極分別為二氧化鉛和鉛，電解液為硫酸。鉛酸電池又可以分為兩類(lèi)，即注水式鉛酸電池和閥控式鉛酸電池。前者價(jià)廉，但需要經(jīng)常維護(hù)，補(bǔ)充電解液；后者通過(guò)安全控制閥自動(dòng)調(diào)節(jié)密封電池體內(nèi)在充電或工作異常時(shí)產(chǎn)生的多余氣體，免維護(hù)，更符合電動(dòng)汽車(chē)的要求?？傮w上說(shuō)，鉛酸電池具有可靠性好、原材料易得、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，比功率也基本上能滿足電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性要求。但它有兩大缺點(diǎn)；一是比能量低，所占的質(zhì)量和體積太大，且一次充電行駛里程較短；另一個(gè)是使用壽命短，使用成本過(guò)高。由于鉛酸電池的技術(shù)比較成熟，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)后的鉛酸電池仍將是近期電動(dòng)汽車(chē)的主要電源，正在開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)用先進(jìn)鉛酸電池主要有以下幾種：水平鉛酸電池、雙極密封鉛酸電池、卷式電極鉛酸電池等。

2、鎳金屬電池

目前在電動(dòng)汽車(chē)上使用的鎳金屬電池主要有鎘鎳電池和氫鎳電池兩種。鎘鎳電池和鉛酸電池相比，能夠達(dá)到比能量55Wh/kg，比功率200W/kg，循環(huán)壽命2000次，而且可以快速充電，雖說(shuō)其價(jià)格為鉛酸蓄電池的4～5倍，但由于其在比能量和使用壽命方面的優(yōu)勢(shì)，因此其長(zhǎng)期的實(shí)際使用成本并不高。但由于其含有重金屬鎘，在使用中不注意回收的話，就會(huì)形成環(huán)境污染，目前許多發(fā)達(dá)國(guó)家都已限制發(fā)展和使用鎘鎳電池。而氫鎳電池則是一種綠色鎳金屬電池，它的正負(fù)極分別為鎳氫氧化物和儲(chǔ)氫合金材料，不存在重金屬污染問(wèn)題，且其在工作過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)電解液增減現(xiàn)象，電池可以實(shí)現(xiàn)密封設(shè)計(jì)。鎳氫電池在比能量、比功率及循環(huán)壽命等方面都比鎘鎳電池有所提高，使用氫鎳電池的電動(dòng)汽車(chē)一次充電后的續(xù)駛里程曾經(jīng)達(dá)到過(guò)600公里，目前在歐美已實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)和使用。氫鎳電池就其工作原理和特點(diǎn)是適合電動(dòng)汽車(chē)使用的，它已被列為近期和中期電動(dòng)汽車(chē)用首選動(dòng)力電池，但其還存在價(jià)格太高，均勻性較差（特別是在高速率、深放電下電池之間的容量和電壓差較大），自放電率較高，性能水平和現(xiàn)實(shí)要求還有差距等問(wèn)題，這些問(wèn)題都影響著氫鎳電池在電動(dòng)汽車(chē)上的廣泛使用。

3、鋰離子蓄電池

鋰離子蓄電池是90年代發(fā)展起來(lái)的高容量可充電電池，能夠比氫鎳電池存儲(chǔ)更多的能量，比能量大，循環(huán)壽命長(zhǎng)，自放電率小，無(wú)記憶效應(yīng)和環(huán)境污染，是當(dāng)今各國(guó)能量存儲(chǔ)技術(shù)研究的熱點(diǎn)，主要集中在大容量、長(zhǎng)壽命和安全性三個(gè)方面的研究。鋰離子蓄電池中，鋰離子在正負(fù)極材料晶格中可以自由擴(kuò)散，當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子從正極中脫出，嵌入到負(fù)極中，反之為放電狀態(tài)，即在電池充放電循環(huán)過(guò)程中，借助于電解液，鋰離子在電池的兩極間往復(fù)運(yùn)動(dòng)以傳遞電能。鋰離子蓄電池的電極為鋰金屬氧化物和儲(chǔ)鋰碳材料，根據(jù)電解質(zhì)的不同，鋰離子蓄電池一般可分為鋰離子電池和鋰聚合物電池兩種。

4、 高溫鈉電池

高溫鈉電池主要包括鈉氯化鎳電池（NaNiCl2）和鈉硫蓄電池兩種。鈉氯化鎳電池是1978年發(fā)明的，其正極是固態(tài)NiCl2，負(fù)極為液態(tài)Na，電解質(zhì)為固態(tài)β-Al2O2陶瓷，充放電時(shí)鈉離子通過(guò)陶瓷電解質(zhì)在正負(fù)電極之間漂移。鈉氯化鎳電池是一種新型高能電池，它具有比能量高（超過(guò)100Wh/kg），無(wú)自放電效應(yīng)，耐過(guò)充、過(guò)放電，可快速充電，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，但是其工作溫度高（250-350℃），而且內(nèi)阻與工作溫度、電流和充電狀態(tài)有關(guān)，因此需要有加熱和冷卻管理系統(tǒng)。而鈉硫蓄電池也是近期普遍看好的電動(dòng)汽車(chē)蓄電池，它已被美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合體(USABC)列為中期發(fā)展的電動(dòng)汽車(chē)蓄電池，鈉硫蓄電池具有高的比能量，但它的峰值功率較低，而且這種電池的工作溫度近似300℃，熔融的鈉和硫有潛在的毒性，腐蝕也限制了電池的可靠性和壽命。

5、鋅空氣電池（Zinc-air）

鋅空氣電池是一種機(jī)械更換離車(chē)充電方式的高能電池，正極為Zinc，負(fù)極為Carbon（吸收空氣中的氧氣），電解液為KOH。鋅空氣電池具有高比能量（200Wh/kg），免維護(hù)、耐惡劣工作環(huán)境，清潔安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，但是其具有比功率較?。?0W/kg），不能存儲(chǔ)再生制動(dòng)的能量，壽命較短，不能輸出大電流及難以充電等缺點(diǎn)。一般為了彌補(bǔ)它的不足，使用鋅空氣電池的電動(dòng)汽車(chē)還會(huì)裝有其它電池（如鎳鎘蓄電池）以幫助起動(dòng)和加速。

6、超級(jí)電容

超級(jí)電容是為了滿足混合電動(dòng)汽車(chē)能量和功率實(shí)時(shí)變化要求而提出的一種能量存儲(chǔ)裝置，它是一種電化學(xué)電容，兼具電池和傳統(tǒng)物理電容的優(yōu)點(diǎn)。超級(jí)電容往往和其它蓄電池聯(lián)合應(yīng)用作為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電源，可以滿足電動(dòng)汽車(chē)對(duì)功率的要求而不降低蓄電池的性能，超級(jí)電容的使用，將減少汽車(chē)對(duì)蓄電池大電流放電的要求，達(dá)到減少蓄電池體積和延長(zhǎng)蓄電池壽命的目的。開(kāi)發(fā)高比能量、高比功率、長(zhǎng)壽命、高效率和低成本的超級(jí)電容，可以提高商業(yè)化電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性（特別是加速能力）、經(jīng)濟(jì)性和續(xù)駛里程。根據(jù)電極材料的不同，超級(jí)電容可分為碳類(lèi)超級(jí)電容（雙電層電化學(xué)電容）和金屬氧化物超級(jí)電容兩類(lèi)。

7、飛輪電池

飛輪電池是90年代才提出的新概念電池，它突破了化學(xué)電池的局限，用物理方法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。飛輪電池是一種以動(dòng)能方式存儲(chǔ)能量的機(jī)械電池，它由電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、功率轉(zhuǎn)換、電子控制、飛輪、磁浮軸承和真空殼體等部分組成，具有高功率比、高能量比、高效率、長(zhǎng)壽命和環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。飛輪電池中的電機(jī)，在充電時(shí)該電機(jī)以電動(dòng)機(jī)形式運(yùn)轉(zhuǎn)，在外電源的驅(qū)動(dòng)下，電機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)（可達(dá)到200000rpm），即用電給飛輪電池“充電”增加了飛輪的轉(zhuǎn)速?gòu)亩龃笃鋭?dòng)能；放電時(shí)，電機(jī)則以發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，在飛輪的帶動(dòng)下對(duì)外輸出電能，完成機(jī)械能(動(dòng)能)到電能的轉(zhuǎn)換。要開(kāi)發(fā)適合電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)用性飛輪電池，就必須進(jìn)一步提高它的安全性和降低成本。

8、燃料電池

燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能通過(guò)電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，它的基本化學(xué)原理是水電解反應(yīng)的逆過(guò)程，即氫氧反應(yīng)產(chǎn)生電、水和熱。它不需要燃燒、無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件、無(wú)噪聲、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、可靠性高、維護(hù)性能好，實(shí)際效率能達(dá)到普通內(nèi)燃機(jī)的2至3倍，加之其最終產(chǎn)物又是水，真正達(dá)到清潔、可再生、無(wú)排放的要求，是21世紀(jì)的首選能源。而且，燃料電池也不需要像其它電池那樣進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的充電，它只需要像給汽車(chē)加油一樣補(bǔ)充燃料即可。據(jù)美國(guó)ABI調(diào)查公司預(yù)測(cè)，2011年全球燃料電池汽車(chē)的產(chǎn)量將達(dá)到240萬(wàn)輛，占世界汽車(chē)總產(chǎn)量的4.3％，日本政府也計(jì)劃在十年內(nèi)普及燃料電池。2002年12月，日本豐田公司已向日本政府交付了第一批商用燃料電池電動(dòng)汽車(chē)。燃料電池由正負(fù)電極、催化層和電解質(zhì)構(gòu)成，根據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池可分為磷酸型、質(zhì)子交換膜型、堿性型、熔融碳酸鹽型和固體氧化物型等幾種，目前只有質(zhì)子交換膜型燃料電池最適合電動(dòng)汽車(chē)使用，我國(guó)研制成功的“中國(guó)氫動(dòng)力首號(hào)車(chē)”使用的就是質(zhì)子交換膜型燃料電池。一套較完整的燃料電池系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：燃料處理部分、燃料電池、直流交流轉(zhuǎn)換器和熱能管理部分。

9、太陽(yáng)能電池

太陽(yáng)能電池是一種把光能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，太陽(yáng)能已廣泛用于照明、家用電器、發(fā)電、交通信號(hào)、地質(zhì)、航天等領(lǐng)域。目前，部分機(jī)構(gòu)也已研制出了使用太陽(yáng)能電池的電動(dòng)汽車(chē)樣車(chē)，但是由于太陽(yáng)能電池還存在光電轉(zhuǎn)換效率不高、價(jià)格太高、電池系統(tǒng)配置較復(fù)雜等問(wèn)題，近期內(nèi)只能作為電動(dòng)汽車(chē)的補(bǔ)充電源，還不能大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用，但太陽(yáng)能作為最清潔的、取之不盡用之不竭的能源，對(duì)它的研究和應(yīng)用必將會(huì)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。

當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)正處于又一次發(fā)展高潮，電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的全面發(fā)展，重點(diǎn)在能量存儲(chǔ)技術(shù)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)兩個(gè)方面。電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展相對(duì)較快，因此隨著能量存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展和突破，隨著低成本、高能量密度、高功率密度的動(dòng)力電池和低成本、質(zhì)量輕、體積小的燃料電池商品化的實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)汽車(chē)必將成為21世紀(jì)的主流交通工具。

參考文獻(xiàn)：

1、 程夕明、孫逢春.電動(dòng)汽車(chē)能量存儲(chǔ)技術(shù)概況.電源技術(shù)，2001，25（1）：47-52

2、 雷驚雷、張占軍、吳立人等.電動(dòng)車(chē)，電動(dòng)車(chē)用電源及其發(fā)展戰(zhàn)略.電源技術(shù)，2001，25（1）：40-46。

3、 胡信國(guó)、閻智鋼、章寧琳等.國(guó)外電動(dòng)車(chē)電池的發(fā)展近況.電池，2001，31（3）：138-141

4、 李建玲、梁吉、徐景明等.雙電層電容器有機(jī)電解液研究進(jìn)展.電源技術(shù)，2001，25（3）：229-233

5、 汪艷、馮熙康，杜友良等.鋰離子蓄電池材料的研究現(xiàn)狀.電源技術(shù)，2001，25（3）：242-245

6、 余成洲、賴(lài)為華.氫鎳電池的現(xiàn)狀與發(fā)展方向.電池，2001，31（2）：58-61