什(shí)么是电池?从本质上来(lái)说,能够将储存的化学能转化(huà)为电能的(de)设备称(chēng)之(zhī)为电池(chí),其实(shí)电池就(jiù)是一个小型(xíng)的化学反应器,通(tōng)过反应(yīng)产生高能电(diàn)子,用以注入外部设备之中;如单纯从(cóng)化学电源(yuán)角度来看,电池可(kě)分为原电(diàn)池(chí)、蓄(xù)电池、锂电池(chí)、储能(néng)电池(chí)和燃料(liào)电池;如(rú)延伸到(dào)物理(lǐ)电源,电池可拓展出太阳能电池(chí)、温差电池等电池种类,那么你(nǐ)对电池技术历史(shǐ)知多少?电(diàn)池技术未(wèi)来走向哪里?电动汽车电池技术(shù)现状及未来趋势(shì)如何?下面展开深入解析。
电池技术是一项(xiàng)伟大(dà)的发明,有着精彩而(ér)悠久的历(lì)史,最早的原始电池可以追溯(sù)到公元前(qián)250年(nián),美索(suǒ)不达亚文明(míng)首次出现的巴格达电池,1749年(nián),由英国发明家本杰(jié)明•富兰克林(lín)使(shǐ)用了一组串联的电容器来进行电学实验, “Battery”这个英文(wén)单词开(kāi)始使用。
随后,1786年,意大利解(jiě)剖学家伽伐(fá)尼(ní)在做青蛙解剖时,发现生(shēng)物电,并公布于(yú)学术界,1800年,伏打受(shòu)到伽伐尼青蛙实验的启发,用铜(tóng)、锡、食盐水为材料成功地制造(zào)了伏(fú)打(dǎ)电(diàn)池(chí),1836年,英国的丹尼尔对(duì)“伏特电堆”进(jìn)行(háng)了改良。他使用稀硫酸作电(diàn)解液,解决了电(diàn)池极化问题(tí),制造出第一个不会极化,并且能保持平(píng)衡电流的锌(xīn)─铜(tóng)电池,又称“丹尼(ní)尔电池(chí)”。后来(lái),法国的普朗泰在(zài)1860年发(fā)明出用(yòng)铅(qiān)做电极的电池(chí),也是蓄(xù)电池的(de)前身;与(yǔ)此同时,法国(guó)的(de)雷克(kè)兰(lán)士发明了碳锌(xīn)电池,让(ràng)电池技术走向了干(gàn)电池(chí)领域(yù),由此迎来(lái)了电池技术的(de)商用阶段。
1887年,英国人赫(hè)勒(lè)森发明了干电池,电池技(jì)术商用开始(shǐ)于此,并于1896年在美(měi)国批量生产,与此(cǐ)同时,Thomas Edison在1890年发明可(kě)充电的铁镍电池(chí),也于1910年实现商业化量产。
至此以后,得力(lì)于商业(yè)化驱动(dòng),电池技术迎来了突飞猛进的时代,Thomas Edison在1914年(nián)发明碱性(xìng)电池,Schlecht and Akermann 在1934年(nián)发明镍镉电池烧(shāo)结极板,Neumann在1947年开发出密封镍镉电池, Lew Urry (Energizer)在1949年(nián) 开发出小型碱性(xìng)电池(chí),由此迎(yíng)来碱(jiǎn)性电池(chí)时代。
进入20世纪(jì)七十年(nián)代(dài)以(yǐ)后,电池技术受(shòu)能源危(wēi)机(jī)的影响,逐步往物理电源方向发(fā)展,除了1954年就(jiù)出现了的太阳能电池技术(shù)持续进步外,锂电池和镍氢电池也(yě)逐步被(bèi)发明和商业应用,如我国(guó)在1987年实现锂电(diàn)池(chí)的商业化生产(chǎn),1995年镍氢电池(chí)商业(yè)化(huà)生产初具规模。
电池技术的未来将走向哪里?
进入21世纪以后,许(xǔ)多国家都开始制定中长期的太阳能开发(fā)计划,如美国的国(guó)家光伏计划、日本的阳光计划以及中国的西部(bù)省区无电乡通电计划,太阳(yáng)能应用技术会从单晶(jīng)硅(guī)和高级(jí)器件(jiàn)、薄膜光伏技术、PVMaT、光(guāng)伏组件以及(jí)系统性(xìng)能(néng)和(hé)工程、光(guāng)伏应用和市场开发等5个领域逐步深入。
为此,太阳能(néng)电池技术(shù)也取得了(le)长足的进步,其一体现在硅太阳(yáng)能电池的进步,它分为(wéi)单晶硅太(tài)阳能电池、多(duō)晶硅薄膜太阳(yáng)能电池和非晶硅(guī)薄膜太阳能电池三种,当前单(dān)晶硅太(tài)阳能技最为(wéi)成熟,但(dàn)是由于单晶硅成本价格(gé)高,会(huì)逐步被多晶硅(guī)薄膜太阳能电池取代,不过最有前途的还是非晶硅薄膜太阳能电池(chí);其二,纳米(mǐ)晶太(tài)阳能电池正逐步走入人(rén)们的视野,它以极低的制作成本和简单的工艺,却能收获稳定的(de)性(xìng)能,其制作(zuò)成(chéng)本(běn)仅(jǐn)为硅太阳电池的1/5~1/10.寿(shòu)命能(néng)达到20年以上。
动力电池的出现,新能源洁能能为(wéi)大势(shì)所趋,电池技术(shù)正(zhèng)在往新材料(liào)和清洁能(néng)源的(de)方(fāng)向发展,也取得重大的突破,但是在商业应用上却很少,其主要原因(yīn)在于不(bú)能兑(duì)现(xiàn)低(dī)成本和多(duō)容量(liàng)的(de)承诺,因(yīn)此,当前电动汽车(chē)用蓄电池研究仍集(jí)中在锂电池,其(qí)次为铅(qiān)酸电(diàn)池(chí)、镍氢电池和钠电池(chí),日本和美国在电(diàn)动汽车用蓄电池及其管理系统专利申(shēn)请数量居全球(qiú)前两位。
尤(yóu)其是特斯拉和松下的密切合作(zuò),并(bìng)没有(yǒu)刻意改变电池的材料,即采用的依旧是锂电池,仅仅通过提(tí)升(shēng)效(xiào)率和改(gǎi)进生(shēng)产,就能根据汽车需求进行电池优(yōu)化,这说明制(zhì)造业与(yǔ)工程技术密切结合,是促进电池技术商业(yè)化应(yīng)用一条可用途径。但是锂电(diàn)池的进(jìn)步空(kōng)间有限,生产费用(yòng)也(yě)很高昂,锂电池的(de)使用以及回收会带来一定环境污染,再(zài)加上锂(lǐ)矿在全球(qiú)分布不均,如电动汽(qì)车(chē)都采用锂电池,依旧会出(chū)现受(shòu)制于产锂国(guó)的(de)情况,这与燃(rán)油车现状(zhuàng)如出一辙。
因(yīn)此,据业内人士(shì)称,未来电动汽(qì)车(chē)用(yòng)蓄电池还是需要往新(xīn)材料和清洁能源方向发展,如(rú)太阳能、风能、水能、硅材(cái)料、纳米晶等,才是(shì)一劳(láo)永逸解决(jué)电池高(gāo)成(chéng)本、环境污染和(hé)能源(yuán)危机的(de)最佳途径。