锌电池是一种生产成本相对较低的电池吗?
来源:宝鄂实业
2019-04-21 17:59
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对于电池来说,体积小、容量大、寿命长、安全性高、制造成本低等都是理想的素质要求,但集这些特性于一身的电池目前还难以找到。就拿消费电子产品中广泛使用的锂电池来说,虽然在容量、体积、寿命等方面可圈可点,但其爆炸风险却让许多人诟病。
而此次美国马里兰大学、陆军研究实验室和国家标准与技术研究院研究人员组成的研究小组,将传统的锌电池技术与水电池技术相结合,开发出了容量更大、安全性更高的可充电电池。他们使用新型的含水电解质,替代传统锂离子电池中使用的易燃有机电解质,大大提高了电池的安全性;而通过添加金属锌以及在电解液中添加盐,则有效提高了电池的能量密度。研究人员指出,锌电池是一种安全且生产成本相对较低的电池,但能量密度低,寿命也短,因而并不完美。新型水基锌电池则克服了传统锌电池的这些缺点,不仅大大提高了电池的能量密度,电池寿命也延长了许多。而与锂电池相比,水基锌电池不仅可在能量密度方面与其一较高下,而且安全得多,不会有爆炸或引发火灾的风险。研究人员对新型水基锌电池的商业化前景充满信心。他们表示,新型电池最终不仅可用于消费电子产品,成为锂电池的有力竞争者,还可在太空、深海等极端环境下使用,在航空航天、深海探测以及军事领域都有用武之地。由于我国动力电池产业化起步较晚,目前尚未达到日本松下、韩国三星和LG等国际企业的竞争水平,因此一直没能进入特斯拉、丰田、福特等全球大型车企的供应体系。随着CATL先后成为宝马、大众的供应商,国产命运正在改写,未来中国的动力电池将在新能源车需求爆发以及国内成本优势的合力下登上世界舞台。
需求爆发是国内动力电池产业快速发展的基础。过去三年,国内新能源车产销量顺利完成30万辆、50万辆以及70万辆的目标,复合增长超50%。种种迹象表明,政策层面正坚定地朝“2020年200万辆新能源车”的销售目标奋进,未来三年行业产销仍将保持40%以上的高增长,为国内动力电池产业的发展奠定了坚实的基础。2020年若要完成200万辆的目标,今年的总销量需在百万辆以上,由此测算对动力电池的需求拉动将达到50GWh,同比增长40%。
成本领先奠定国内动力电池在国际市场的竞争力。目前动力电池在整车中的成本占比高达50%,考虑到新能源车相比传统燃油车还不具备经济性,未来对整车成本的控制依赖于动力电池成本的下降。而电池成本的降低又依托于国内数码3C时代延续下来的电池产业链基础,如果我们没有正极材料、负极材料、隔膜、电解液等完善的中上游环节,成本优势的实现便无从说起。这些中上游环节普遍具有技术壁垒低、资源约束弱(即便是钴,长期供需也会逆转)的特点,因此只有规模化才能提升效率、降低成本,而这正是中国制造的擅长之处。
此外在对某些手机上,充电超过一定的时间后,如果不去取下充电器,这时系统不仅不停止充电,还将开始放电-充电循环。也许这种做法的厂商自有其目的,但显然对电池和手机/充电器的寿命而言是不利的。同时,长充电需要很长的时间,往往需要在夜间进行,而以我国电网的情况看,许多地方夜间的电压都比较高,而且波动较大。前面已经说过,锂电池是很娇贵的,它比镍电在充放电方面耐波动的能力差得多,于是这又带来附加的危险。
此外,不可忽视的另外一个方面就是锂电池同样也不适合过放电,过放电对锂电池同样也很不利。这就引出下面的问题。
在我们的论坛上,经常可以见到这种说法,因为充放电的次数是有限的,所以应该将手机电池的电尽可能用光再充电。但是我找到一个关于锂离子电池充放电循环的实验表,关于循环寿命的数据列出如下:
其中DOD是放电深度的英文缩写。从表中可见,可充电次数和放电深度有关,10%DOD时的循环寿命要比100%DOD的要长很多。当然如果折合到实际充电的相对总容量:10%*1000=100,100%*200=200,后者的完全充放电还是要比较好一些,但前面网友的那个说法要做一些修正:在正常情况下,你应该有保留地按照电池剩余电量用完再充的原则充电,但假如你的电池在你预计第2天不可能坚持整个白天的时候,就应该及时开始充电,当然你如果愿意背着充电器到办公室又当别论。
而你需要充电以应付预计即将到来的会导致通讯繁忙的重要事件的时候,即使在电池尚有很多余电时,那么你也只管提前充电,因为你并没有真正损失“1”次充电循环寿命,也就是“0.x”次而已,而且往往这个x会很小。
电池剩余电量用完再充的原则并不是要你走向极端。和长充电一样流传甚广的一个说法,就是“尽量把手机电池的电量用完,最好用到自动关机”。这种做法其实只是镍电池上的做法,目的是避免记忆效应发生,不幸的是它也在锂电池上流传之今。曾经有人因为手机电池电量过低的警告出现后,仍然不充电继续使用一直用到自动关机的例子。结果这个例子中的手机在后来的充电及开机中均无反应,不得不送客服检修。这其实就是由于电池因过度放电而导致电压过低,以至于不具备正常的充电和开机条件造成的。