在電動汽車領域裡,這款新型電池效率高且實用,成功打開汽車市場

科學家不僅在研究讓電池擁有更高能量和功率密度的新型陰極和陽極材料,也在尋找新的電解質。現如今科技發達,研究者們研究出一款新型電池——聚合物固體電解質電池,這款新型電池已經成功應用到了電動汽車領域。

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儘管全世界的研究仍然主要集中在鋰離子電池上,但由於地球上鋰的儲量有限,科學家正在逐步測試用其他元素充當電荷載體的可行性。其中一個選擇就是鈉。與鋰一樣,鈉也是一種鹼金屬,因此它與鋰的物理和化學性質都很相似。

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因此,鋰電池研究中獲得的很多知識都可以拓展到鈉離子電池身上。但是鈉離子電池的電荷密度不及鋰電池,因此鈉離子電池會更重。不過即便如此,它們依然可在許多領域替代鋰電池,例如可再生能源的固定儲存。這是因為它們會更便宜——地球上的鈉幾乎是取之不盡用之不竭的。

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有一種高溫鈉硫電池目前已經投入商用,它運行時的溫度在300℃左右。在這種電池中,含有可移動鈉離子的固體陶瓷電解質將液態鈉陽極和同為液態的硫陰極分隔開。高運行溫度確保固體電解質的離子電導率與含水電解質相當。

此外,液體電極可以讓離子相對不受阻礙地傳輸。鈉硫電池的壽命約為4000~5000次充放電循環,而且自放電少,能效高(能達到約75%)。不過,生產高質量的陶瓷電解質是個重大挑戰,因為液體電極材料具有極強的腐蝕性。

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談到氧化還原液流電池的優勢,高達80%的能效和長達1萬次充放電循環的壽命就已經足夠誘人了。但是它同樣有缺點:釩有毒性,電池的能量密度也相當低,而且要達到足夠的功率,佔用的空間也很大。

因此,它們主要適用於固定式儲能系統,此類系統的體積和重量不是需要優先考慮的因素。例如在德國,已經有人開始測試用液流電池存儲風力渦輪機生產的電能。然而,該技術在電動車領域是否也具有優勢,目前尚不得而知。

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取決於電池背後的不同化學原理,不同種類的電池在能量密度、性能、成本和使用壽命方面具有不同的優勢。目前,大學和工業界的研究主要集中在鋰基電池上,因為它們看來最有可能加速由內燃機到電動機的轉型過程:相對來講,它們體積小、重量輕,容量也足夠汽車實際使用。

然而,環境相容性和昂貴電池組件的回收利用能力也逐漸成為評價不同類型電池的重要指標。因此我們可以認為,那些基於其他電荷載體的電池,或組件在空間上分離的反應電池,還有那些無需使用某些稀缺關鍵材料的電池,未來也能在市場上立足。

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在未來的電動汽車社會中,即便不適合為車直接供能,它們至少能負責可再生能源電力的固定儲存。


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