可充电电池技术瓶颈是什么?

不是业内人士,纯猜测。
以电动汽车为例,如果能够找到一种经济性能尚可--稍高于普通发动机,容量尚可--充电一次可连续行使300Km以上,有一定耐用性--能5年或更久的 可充电电池的话,我觉得这个世界的能源问题应该能解决至少50%以上吧。

首先石油可以都用来做高分子化工了,PP,PVC,PET啥的。。。其次这种技术可以家用了,太阳能/风能/XX能 这些个输出功率不稳定的发电形式完全可以用的上了。
另外,如果蓄电技术能解决,发电厂可以少捡很多很多,没必要像现在这样--电网要设计成满足峰值用电需求。。。

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28个答案
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第一点,你提到的这样的电动车,其实已经有了。Elon Musk (该神人的履历我就不介绍了,google一下必有惊喜)创办的Tesla Motor已经推出了他们的第一款亲民价位的家用轿车Model S,最低配大概7万刀。这辆车在整个底盘上铺满了电池板,一次充电最多可以开300mile,也就是大概500km,比你的300km的标准已经绰绰有余了。本人在LA已经看到过三辆Model S,可以说全电动车走向家用并不遥远。

第二点,电动轿车如果普及的,可以保护珍贵的石油资源,这一点你说的完全正确。所以我个人觉得未来电动轿车肯定是大势所趋。

第三点,电动车和利用风能的关系。我想你的意思大概是”既然风能不稳定,而电动轿车充电对稳定性没什么要求,我就可以拿风电来给车子充电“,对吧?这你是做不到的。电能从发电厂出来,会经过电网,再到你家的插头上,而电网就像一个大锅,不管是哪种形式发出来的电,经过电网都相当于混成了一锅粥,你充电的时候只能从这锅混合粥里捞一勺,而不能说”我就要平底锅煮的那勺粥“。(太阳能我就不提了,你的理解正好反了,太阳能是极其稳定的,其瓶颈在转化率太低)。

事实上,风能已经大规模接入电网了,驯服风能靠的是电网的大规模优化,及时的自动调峰,而不是靠”转款专用“。

另一方面,最为困扰电动车的问题是,虽然现在的化学电池(锂电池和镍芯电池都属此类)已经可以达到你的功率和容量要求,但尴尬的是,制造这样一块大电池需要大量的能源和产生大量的污染,且电池废旧后,如果不作处理,旧电池在环境中降解也会造成严重污染。我们现在的手机电池已经对环境造成损害了,而手机电池的size和电动车的一比,简直是九牛一毛。

第四点,蓄电池可以让发电厂可以少建很多,这个说法还要细说一下。

首先,大体来看整个电网用电功率还是一个变化比较平缓的曲线,在接近峰值的高功率上维持的时间还算比较长;这意味着,“在用电低谷多发电存起来,高峰时拿来用”的做法,对降低发电厂设计容量的作用是有限的。

其次,如果你说的还是化学电池,那么参考第三点,严重的污染问题和有限的寿命决定了化学电池绝对不可能用于发电厂。问题还不止这些。发电厂的功率和一辆车比起来又是大了十的好几次方,要铺设多么巨大的电池简直不可想象,电池的充电速度也远远跟不上发电机源源不断的输出(大型的发电机动辄一栋楼这么大,你可以想象这么大的东西转起来切割磁场,功率是有多高)。

但是有趣的是,另外一种非化学的电池,“超级电容”,现在发展也很快。超级电容是用的电容板物理结构来储能,清洁性和快速充放电性能都能满足要求,现在唯一的问题是容量还是不够。当然他的体积不小,主要还是用在发电厂的高功率场合,做微型化放进车里还是很遥远。

综上,如果你想试试电动汽车,现在就可以买到了,但是我们还是希望有一种清洁的化学电池可以被发明出来电动车上;而对于发电厂,我们还是要寄希望于超级电容的发展,但是发电端储能到底能有多大作用还是很难说。

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本来不想回答这个问题,因为答案如同和尚头上的 虱子,明摆着。但是看到许多人不明现状,所以还是转载一篇别人写的文章同时写上几种能源和电池能量密度的差距
汽油 47.3百万焦/千克
煤 15-27百万焦/千克
锂离子电池 0.58百万焦/千克
镍氢电池 0.11-0.29百万焦/千克
电池和化石能源的能量密度差了两个数量级

转贴文章:
国内很多官员专家一直在鼓吹中国要大力发展电动车,而且是优先发展纯电动车。各级政府官员也是热心的很,积极鼓励引导发展LFP电动车,比如电动大巴,电动出租车的示范工程在全国热火朝天的。仿佛吧汽油机换成LFP电池组,电动车就实现了,是这样子吗?
我们知道,电动汽车大致可以分为纯电动汽车(EV),插电式混合动力车(PHEV)和混合动力车(HEV)三大类,这三类车的区别我就不多说了,不明白的自己去Google。HEV需要高功率,电池组80wh/kg的能量密度就可以了,现有材料水平完全可以达到。PHEV则要求兼顾功率与能量密度,电池组的能量密度要接近120-150wh/kg,也就是说单电池的能量密度要达到180wh/kg,这个指标对于现有的材料和电池生产技术也是可以达到的, 虽然以目前的技术水平还有点难度。那么EV呢?不妨可以简单估算一下,纯电动汽车要达到五百公里(一箱油至少可以跑五六百公里),作为主动力锂离子电池组的能量密度要达到多少?如果是跟汽油引擎同重的锂电电池组,它的能量密度至少要达到350wh/kg以上, 也就是说单电池的能量密度要接近400wh/kg这还是在理想工况下,实际工况下里程会更短。那么,锂离子电池的能量密度有没有可能达到400 wh/kg以上呢?
我们暂且抛开复杂的电化学和结构化学的概念,做些通俗易懂的分析。现有的锂电体系,其实它只能算“半个”高能电池。因为它的高比能量,主要是来自负极的低电极电势,正极的电极电势只有1V左右,跟常规水系电池的正极电位差不多。嵌入反应需要电极材料有适当的锂离子迁移通道和结构框架,结构和电荷因素限制了正极材料容量不可能太高。要想使锂电成为“真正”的高能电池,同样只有两条路:提高工作电压,现在已经接近5V了,结果是必须采用新的电解液体系;提高材料比容量,正极现在已经接近300mAh/g了, 再高结构和电荷因素不容许。所以要想进一步提高锂电比能量,必须打破现在的嵌入反应机理的束缚, 象其它常规化学电源一样,采用异相氧化还原机理(金属锂做负极)。但是锂枝晶以及枝晶与电解质的强烈反应,使得金属锂为负极的高能锂电池不可能实现。绕了一圈,问题又回到了锂电的起点。其实现在基于嵌入反应的锂离子电池,是不得已而为之的折衷办法!目前18650电池比能量已经达到了200wh/kg,大电池也做到了150wh/kg。个人觉得在技术上仍然有提高的可能, 比如小电池达到250 wh/kg, 大电池达到200 wh/kg。但如果还是基于嵌入反应原理,在保证安全性的前提下,再提高恐怕就非常困难了。Envia的原型电池的能量密度达到了400wh/kg, 这个我信。正极用阿贡的富锂固溶体,负极用硅碳复合材料。但这只是原形电池,在实际电池里面能量密度可以超过250wh/kg甚至接近300wh/kg,应该问题不大。但这个体系能否商业化都是大问号,里面有很多实际问题。而且这个电池体系用于大型动力电池的可能性很小,具体原因就不多说了。
后锂电时代有两个耀眼的“新星”,Li-S和Li-空电池。其实它们都不是什么新星,都是老掉牙的体系了,只是最近又热了起来。稍微分析一下,你就会发现, Li-S的S/C正极问题,金属 Li负极问题,此外还有电解液都是啃了几十年没啃动的硬骨头,这些都不是在短时间可以解决的。我个人觉得,如果锂硫电池有应用可能的话,可能是在一些特殊场合比如军用的单兵电源之类的,大规模民用现在基本上看不到可能。至于Li-空电池,纯粹就一大忽悠,稍微有点电化学常识的人都明白这玩意就是扯蛋, 基本上就是把锂电池和燃料电池的缺点有机地结合在一起的一种电池。
我们再从安全性的角度探讨一下,毕竟安全性是动力电池最基本的要求。电池是什么,最通俗的解释就是通过电化学反应,将电能转化成化学能储存在电化学活性物资里面(密闭容器里),其实就是一炸弹,只不过炸弹用的是含能材料能量密度比电池高至少两个数量级。电池的比能量越高安全系数就越低,这是个很简单的常识。如果400wh/kg的锂离子电池能够实现的话,这么高比能量的大型动力电池通过安全性检测(比如穿刺,挤压)的可能性有多大?根据最基本的能量守恒定律,本人觉得不可能! 否则的话那好了,以后恐怖分子搞人肉就不用炸弹了,直接把电池短路就OK了!现在,对电动汽车安全性的考量正逐渐被摆到了最优先的位置,那么石墨负极大电流充电时的析锂就是个重大安全隐患,将来安全型电动汽车如果不用石墨,负极又有什么替代品呢?我前面说了,锂离子电池的高能量密度,就是建立在石墨负极极低的嵌锂电位的基础之上的!那么对于锂电而言,高能量密度和高安全性,本来就是相互矛盾的!
从能量密度的角度看,汽车要想实现电动化,目前只有燃料电池(FC)有可能(仅仅是技术上的可行性)。我们不妨换个角度来看问题。电池是什么?它是一个能量存储装置。FC呢?它是一个能量转换装置,类似于汽油机。那么我们就很容易理解这两种电化学能源体系的本质不同了,这个本质不同直接决定了他们在应用层面的不同定位。由于电池的能量密度比FC低一个数量级,这个劣势决定了它在应用层面上只能作为中小型的能量存储装置。体积越大,它的能量密度跟FC的差距就越大。只有PEMFC电动车加满一次氢气(采用玻璃纤维增强超高压铝瓶),在行驶里程上可以接近汽油机(只是接近而已,还有差距)。其实,单从工程技术的角度来说,PEMFC已经非常成熟了。德国在上世纪80年代就在U206级AIP潜艇上采用了Siemens的AFC电堆。PEMFC的性能和可靠性安全性都是毋须置疑的, PEMFC目前商业化主要问题不是工程技术问题,PEMFC的技术已经很成熟了。主要问题还是成本和寿命的问题,而且成本问题跟迫切。只有将Pt的担载量降低到0.01mg/cm2的水平(比目前低一个数量级),PEMFC才可能有商业化的前景。现在看来也不见得就不可能,这次夏威夷ECS大会已经有了苗头。我一直认为,FC的工作方式是非常理想的,这种电能转化装置应该有它的用武之地。未来EV的动力源可能不见得就是FC,但应该是采用类似的工作原理。
锂电发展到今天已经很成熟了,本人时常在思考,花这么大的功夫冒着这么大的安全风性隐患提高电池的能量密度值得吗?电池的能量密度,理论上就比FC要低一个数量级呀,我们总是想着如何提高电池能量密度,将电池直接做为汽车动力源,这个努力方向对吗?三五年后,这个问题必有答案。
BTW:
http://china.nikkeibp.com.cn/news/elec/64481-20130130.html

http://china.nikkeibp.com.cn/news/elec/65179-20130315.html
日经BP社后锂电池技术专题,另一个角度的参考。

ps

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支持者: Jokies 梁兵兵 Topp

1、质量比功率
2、体积比 功率
3、成本比功率
4、充电时间

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赛亚猫间歇性资深恶意卖萌爱好者

2013-05-08 23:36
支持者: 孤城x

1、容量,
2、充电时间,
一楼拙见,请楼下鉴定

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支持者: 土豆冰激凌

很多我们看起来很清洁的东西都是高污染,电池,节能灯,太阳能板

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支持者: 浪迹天涯zj012836

什么时候有核动力汽车就好了...

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laomao0000爱DIY的数学怪蜀黍

2013-05-08 23:44

留个爪印,明天细答
电化学上的限制没那么容易突破的

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支持者: 慕容苏

常规电瓶/电池,单纯充电的话,是不会有再大的突破了,就像用桶装水,多大的桶能装多少水,这是有限的。
比较靠谱的就是发展燃料电池(本质上不是电池,而是“发电厂”,其通过化学反应产生电能)

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我觉得未来蓄电池技术前景有限,除非产生极高的能量储存效果
个人认为未来的前景应该是蓄电池和可再生能源发电结合的方式
就像燃料电池,更高效的太阳能电池
如果是科幻小说里的微型核聚变,空间弦什么的更好了

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1、充电时间
2、电池性能衰退严重
3、撞击后起火

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Topp天文研究生,摄影爱好者

2013-05-09 14:40

最大输出功率
续航时间

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汽车发展混合动力汽车和生质燃料汽车是世界汽车的未来发展方向。公交车个人认为与其发展纯电动汽车不如发展无轨电车。

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看看十年前的电池,跟现在比一比,再想想十年后

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采用化学方式进行储电主要受限于材料技术。
材料技术不是能够在短期内可以突破的。
往往需要几十年的研究。
电能的储备是非常关键的技术,特别是对于分布式电网系统。
风能和太阳能不稳定,导致影响电网的安全。
由于电网电能的不可存储性,导致电网的发电和用电必须平衡。
为了维持电网的稳定,需要一部分硬的电源来对电网进行支撑,因此需要浪费一部分容量来进行电网支撑。而且这部分容量通常是火电。
而且这直接导致了电力永远是期货。随发随用。
如果发明了一种强大的电力储备技术,那将是巨大的突破


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混动车是未来很长一段时间的趋势,既能大幅减少石油燃烧排放,又能合理利用电池,保证电池不会成为另外一个污染源头,纯电动车问题非常多,某款国产纯电动汽车多次发生自燃,更换电池不便,行驶里程过短(高容量的相对安全的电池也是有的,但是价格太高)。燃料电池的想法不错,不过20年下来了仍旧没有量产,也存在技术和价格瓶颈!主要是现在石油价格还“不够贵”,燃料电池的优势没有体现出来。超级电容混动车已经有了,想法很好,但是要是全面国产化,这个质量安全问题~~~~超级电容爆起来动静就大了~
聪明的商人和科学家另辟蹊径,雪铁龙发明了空气混动车,并且有了样车,申请了多大80项的专利,原理很简单,车底有一个巨大的压缩空气甁,发动机在怠速或是行驶的时候给气瓶泵气,然后在电脑策略的控制下高压空气释放产生动力!想法真的很棒,完全摆脱了复杂的电化学电池,效率高且没有了污染和衰减问题,制造成本大幅低于电池混动车。

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加一个:充电便捷性,这不仅仅是时间问题。

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饭小盆材料物理学士,飞面神教信徒,FFF团资深团员

2013-10-25 16:46

前面说的很详细了,我就想说点浅显的。
首先是充电时间,一般的私家车加满油连一分钟都用不了,而你想把能提供那么多能量的电池充满就需要很长时间了。
至于解决能量传输效率这个问题,除非有可靠廉价的高温超导材料,否则很难解决的。(高传输效率意味着导线需要承受很高的功率,要么你使用大电流,那就意味着很多能量浪费了,还有就是导线材料熔断。如果用现有的高压输电装置微型化,那也面临同样的问题,高压电是无法直接应用的,会造成电击穿。至于使用是不是危险什么的就不提了。)
然后就是便于运输以及可替换的问题。
城市电网相对于加油站这种设施当然要便捷的多,可是假如你住在较高的楼层,怎么给你的爱车充电呢?
1,可以掏钱使用小区内固定的充电设施(相当于大量的加油站,这确实是可行的方案),但这样就回到了第一个问题。
因为这不跟家里用电一样,你可以插上充一个晚上。
2,你把电池搬回家。(那不就是大号电动车么魂淡!!(╯‵□′)╯︵┻━┻),太大,太重,很麻烦。如果让我每天搬一大块蓄电池上下楼我宁可买烧油的车。
3,改造现有加油站,使得其充电效率较高(在投入很多成本的前提下实现的可能性比第一条要高一些),需要解决的问题还很多。

剩下就是些小问题,比如你开半路没油了,你可以打电话叫救援给你送一桶油,至少够你开到能加油的地方。但如果是电动的,那就意味着人家要么开一台发电机,要么送个蓄电池(还得解决不同大小的蓄电池如何与车兼容)。都不是什么靠谱的主意。
又或者今儿局部地区停电,如果是在家充电你的车肯定哪也去不了了。

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电池技术不突破,我是不看好电动汽车的
污染问题、充电时间问题、安全问题、造价问题,还很多问题没解救
电动汽车个人觉得不宜过快发展

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就我所研究遇到的 锂离子电池主要问题是 循环寿命,安全性以及价格
太阳能电池主要是效率和价格
这是我所接触的 遇到的主要问题,也是这些大课题需要面对的

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1、安全性问题
锂电池容易起火,特别是车子漏液以后。涉水后容易漏电。
2、充电时间
传统汽车没油了加一次油就几分钟时间;而电动汽车没电了,充一次电时间很长。
3、成本问题
锂电池成本太高,软包铁锂电池1Ah成本大约在3到5元左右。
4、循环利用
一般锂电池的寿命是三年……

至于污染问题,锂电池的污染不强

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其实楼主显然不知道有调峰调相水电站..广州从化就有一个,用来调大亚湾的电..

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其实目前情况来说还是混动比较适合。。

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键能不一样,标志着现在的锂电池不可能超越化石燃料。除非电池材质变化,或者其他技术的革命,但必须改变电池材质

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前面说电池和汽油能量密度差距的回答,忽视了两个电气化动力系统和传统内燃机动力系统的差别:
一、效率,电气化的能量传输和转换装置的效率是碾压内燃机的,而且如今的内燃机潜力的挖掘以及达到了一个平原,而电气化的车载动力系统还是方兴未艾的;
二,质量和体积,电气化的动力系统(不包括电池)的质量和体积是要远比传统的内燃机—传动齿轮/轴要小和整齐的。这一方面降低的锂电池组重量的影响,另一方面——也是更为重要的一方面——这会给车身结构设计以更大的空间,这往往就意味着更轻的车架和更大的电池组体积(具体参见Tesla)。
最后,电网的分布范围和密度是远远要比加油站大的,所以只要充电的标准合理和普及,能量的补充也不会弱于内燃机。
这些优势差不多可以抵消这两个数量级的能量密度劣势了,而压倒骆驼的最后一根稻草则是“环保”两字:别的不提,欧盟规定2020年95%的新车要达到95g/km的碳排放(约合百公里油耗不足4L),这一条都足够倒逼全欧盟的汽车厂商全面开始汽车动力的电气化了。
所以,化学电池成为动力电气化汽车的储能中心是必然的。唯一可以挑战的只有燃料电池(FC)。FC优势在更高效率和能量密度,以及传统石化企业的支持(电池则对应电力企业,但支持的力度肯定不能同日而语),但输在几乎没有基础可言的商品化和整条产业链的基础建设。

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FelixHJ建筑结构工程师 自然科学爱好者

2013-05-09 09:11

太阳能、风能什么的其实并不靠谱,生产这些设备的碳排放可能比这些设备寿命期内所节省的碳排放更多

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引用自百度百科--------水溶液锂电池体系,是由复旦大学教授吴宇平课题组的一项重磅研究成果。研究成果刊发于《自然》(Nature)杂志子刊《科学报道》(Sci.Report)。这项关于水溶液锂电池体系的最新研究,可将锂电池性能提高80%。电动汽车只需短暂充电即可行驶400公里,这种电池成本低廉,安全不易爆炸。

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