什么(me)是电池?从本(běn)质上来说,能够将储存的化学能(néng)转化为电能的设(shè)备称之为(wéi)电(diàn)池,其实(shí)电池就是(shì)一个小(xiǎo)型的化学反应(yīng)器(qì),通(tōng)过反应(yīng)产(chǎn)生高能电子(zǐ),用以注(zhù)入外部设备(bèi)之中;如(rú)单纯从化学电源角度来看,电池(chí)可分为原电池、蓄电池(chí)、锂电池(chí)、储能电(diàn)池和(hé)燃料电池(chí);如延(yán)伸到物理电源,电池可拓展出太阳能电池、温差电池等电(diàn)池种(zhǒng)类,那么你(nǐ)对电(diàn)池技术历史知多少?电池技术(shù)未来走向哪里?电(diàn)动汽车电池(chí)技术现状(zhuàng)及未来趋势如何?下面展开深入解析。
电池技术是一项伟大的发(fā)明,有着精彩而悠久(jiǔ)的历史,最早的原(yuán)始电池可以追溯到公元前250年(nián),美索不达亚文明(míng)首次出现的巴格达电池(chí),1749年,由英国发明家本杰明•富兰克林使用了一(yī)组(zǔ)串联的电容器(qì)来(lái)进(jìn)行电学(xué)实验, “Battery”这个英文单词开(kāi)始使用。
随(suí)后,1786年,意(yì)大利解(jiě)剖学家(jiā)伽伐尼在(zài)做青(qīng)蛙(wā)解剖时,发现生物电,并公布(bù)于学术界,1800年,伏打受到(dào)伽伐尼青(qīng)蛙(wā)实验的启发(fā),用铜、锡、食盐水为材(cái)料成功地(dì)制(zhì)造(zào)了(le)伏打电(diàn)池,1836年,英国的丹尼尔对(duì)“伏特电堆”进(jìn)行了改(gǎi)良。他使用稀硫酸作电(diàn)解液(yè),解决了电池极(jí)化问题,制造出第一个不会极化,并且能(néng)保持平衡电流的锌─铜电池,又称“丹尼(ní)尔电池”。后来,法国(guó)的普(pǔ)朗泰在1860年(nián)发明出用铅做电极(jí)的电池,也是蓄电(diàn)池的前身;与此同时,法国的(de)雷克(kè)兰士发明(míng)了碳锌电(diàn)池,让(ràng)电池(chí)技术走向了干(gàn)电池领域,由此迎来了电(diàn)池技术的商用阶段。
1887年,英(yīng)国(guó)人赫(hè)勒森发明了干电池,电池技术(shù)商用开始于(yú)此,并于(yú)1896年在(zài)美(měi)国批量生(shēng)产,与此同时,Thomas Edison在1890年(nián)发明可充(chōng)电的铁(tiě)镍电池(chí),也于1910年实现商业化量产。
至此以后,得力于商业化驱动,电池技术迎来了突(tū)飞猛进(jìn)的时代,Thomas Edison在1914年发明碱性电池,Schlecht and Akermann 在1934年发明镍(niè)镉(gé)电池烧结极板,Neumann在1947年开发出(chū)密封镍镉(gé)电池, Lew Urry (Energizer)在1949年 开发出小型碱性电池,由此迎来碱(jiǎn)性(xìng)电池时代。
进入20世纪七(qī)十(shí)年代以后,电池技术受能源(yuán)危机的影(yǐng)响,逐步往物(wù)理电源方向发(fā)展,除(chú)了(le)1954年就出现了的太阳能电池(chí)技(jì)术持续进步外,锂电(diàn)池(chí)和镍氢电池(chí)也逐(zhú)步被发明和商业(yè)应用,如我国在1987年实现锂电池的商业化(huà)生产,1995年镍(niè)氢电池(chí)商(shāng)业化生产初具规模。
电池技术的未来将(jiāng)走(zǒu)向哪(nǎ)里?
进(jìn)入21世纪以后,许多国家都开(kāi)始制(zhì)定(dìng)中长期的太阳能开发计划,如美国的(de)国家光伏计划、日本的阳光计划以及中国的西部省区无电乡通电计划,太(tài)阳(yáng)能(néng)应用技(jì)术(shù)会从单(dān)晶(jīng)硅和高级(jí)器(qì)件、薄膜光伏(fú)技术、PVMaT、光伏组件以及系(xì)统性能和工程、光伏应用和市场开发(fā)等5个领域逐步深入。
为此,太阳能电池技术(shù)也取得(dé)了长(zhǎng)足的进(jìn)步,其一体现在硅太阳能电(diàn)池的进步,它(tā)分(fèn)为单晶硅太阳(yáng)能(néng)电池、多(duō)晶硅薄膜太阳能电(diàn)池和非晶硅薄(báo)膜太阳能电池三(sān)种,当前(qián)单晶硅太(tài)阳能(néng)技最为成熟(shú),但是由于单晶硅成本价格高,会逐(zhú)步被多晶硅薄膜太阳能电(diàn)池取代,不过(guò)最(zuì)有前(qián)途的还是非晶硅薄(báo)膜太(tài)阳能电(diàn)池;其二,纳米晶(jīng)太阳能电池正逐步(bù)走入(rù)人们的视野,它以极低的制作成本和简单的工(gōng)艺,却能收获稳定的性能,其(qí)制作成本仅为硅太阳(yáng)电池(chí)的1/5~1/10.寿命能达(dá)到20年以上(shàng)。
动力电池的出现,新能源洁能能(néng)为大势所(suǒ)趋,电池技术正在往新材料和清洁能源的方向(xiàng)发(fā)展,也取得(dé)重大的突破(pò),但(dàn)是在商业应用上却很少,其主要原因在于(yú)不能兑现(xiàn)低(dī)成本和多容量(liàng)的承诺,因(yīn)此,当前(qián)电动汽车用蓄电池(chí)研究仍集中在锂电池,其次为铅酸电池(chí)、镍氢电池(chí)和(hé)钠(nà)电池,日本和(hé)美国在电动汽车用蓄电池(chí)及其管理系统专(zhuān)利(lì)申(shēn)请数量居全球前两位。
尤其是特斯拉(lā)和松下(xià)的(de)密切(qiē)合作,并没有刻意改变电池的材料,即(jí)采用的依旧是(shì)锂电池(chí),仅仅通过提(tí)升效率和改进(jìn)生(shēng)产,就能根据汽车(chē)需求进行(háng)电(diàn)池(chí)优化,这说明制造业与工(gōng)程技术密切(qiē)结(jié)合(hé),是促进电池技(jì)术商业(yè)化(huà)应用一条可用(yòng)途径。但是锂电池的进步空间有限(xiàn),生产费用也很高(gāo)昂,锂电池(chí)的(de)使用以及回收会(huì)带来一(yī)定环境污染,再(zài)加上锂矿在全球分(fèn)布不(bú)均,如电动汽车都采用锂电池,依旧(jiù)会出现受制于产锂国的情(qíng)况,这与燃(rán)油车现状如(rú)出(chū)一辙。
因此,据业内人士称(chēng),未来(lái)电动汽车用蓄电池还是需(xū)要往(wǎng)新材料和(hé)清洁能源方向发(fā)展,如太阳(yáng)能(néng)、风能、水(shuǐ)能、硅(guī)材料(liào)、纳米(mǐ)晶等,才是一劳永逸解决电池高成本(běn)、环境污染和能源危机的最佳(jiā)途径(jìng)。