电动汽车电池选择.

我国规模蓄电的发展路径杨裕生防化研究院2011年10月22日长沙第29届全国化学与物理电源年会内容一、能源发展要求规模蓄电二、可再生能源蓄电技术的评述三、动力电池决定电动车的发展四、强烈呼吁加大电池发展力度化石能源越用越少CO2、SO2排放越来越多•开源——可再生能源发电•替代——电动车以电代油规模蓄电的两类要求：可再生能源发电——固定式蓄电，储能型电动车以电代油——移动式蓄电，动力型一、能源发展要求规模蓄电均需规模蓄电新兴产业，发展路径尚在探索中，技术远未成熟应该有规划地安排发展，在发展中竞争，未来让市场作裁判1、可再生能源的规模蓄电太阳能：永不枯竭；光能转为电能，不能连续风能：陆上离地面10米技术可开发风电资源约3亿千瓦一、能源发展要求规模蓄电陆上70米高度、海上的风能资源很大风能发电，1千瓦每年减排CO22吨我国兴建大型风力发电场（4个“风电三峡”）太阳能光伏发电、潮汐和波浪电站。水力发电要充分开发，但资源有限风电并网——影响供电质量增加调峰负担技术积累薄弱，现有蓄电技术难显身手需求来势迅猛，政府和国企缺乏预见性规模蓄电——助“垃圾”为“宝”，北方夜间风大；几不稳；风电成了“垃圾电”一、能源发展要求规模蓄电杨裕生。大规模蓄电的化学电源，第26届全国物理与化学电源学术讨论会论文集G01，2004年9月，厦门杨裕生．“非并网风电”应与大规模蓄电相结合．科学时报，2006．11．08但是风电不并网——可解决部分风电利用问题但风力发电、太阳能发电、潮汐和波浪发电无法恒定，必需有大规模蓄电装置配套运行必要性已有广泛共识减轻城市空气污染——大城市空气污染的50%来自汽车石油与“国家能源安全”——减少二氧化碳排放，缓解温室效应1亿吨油产生CO2约3亿吨原油对外依存度超过50%纯电动公交车每辆至少用200千瓦时的电池汽车增多石油更紧，发展电动车刻不容缓2、以“谷电”代油，发展电动车一、能源发展要求规模蓄电动力电池要求高，难度大，发展任重道远内容一、能源发展要求规模蓄电二、可再生能源蓄电技术的评述三、动力电池决定电动车的发展四、强烈呼吁加大电池发展力度(一)可再生能源蓄电的经济效益可再生能源蓄电是商业行为，必须考虑效益可再生能源电价本来就高，蓄电不能加价太多能量转换效率：即输出能量和输入能量的比率包含体系在全寿命周期中的工作效能建设成本与寿命——长寿命是最大的降价、节能蓄电技术的先进性——安全性第一；经济效益也很重要二、可再生能源蓄电技术的评述蓄电的直接经济效益以指数YCC表示：循环寿命——次数；电价进、电价出——￥/kWh；输出1kWh电能的成本(￥/kWh)；分初投资与运营成本两项YCC1，表示储能企业盈利；YCC–1=利润率输出1kWh的初投资能量转换效率电价出循环寿命×充放深度YCC〓电价进+输出1kWh的运营成本－杨裕生程杰曹高萍,规模储能装置经济效益的判据.《电池》2011（1）:19；国家重点基础研究发展计划(973)资助二、可再生能源蓄电技术的评述抽水蓄能——现主力（二）充分发挥物理储能技术的作用压缩空气储能，超导储能等优点：规模大，核电调“峰”寿命长，运行费用低能量转换效率70-75%技术很成熟局限性：要有合适的场地；一次投入的费用高几十万kW“整起整落”不能灵活切换对策:用于可再生能源——要由智能电网统筹在规模蓄电中与化学法互补大多数用户的蓄电，主要使用化学法二、可再生能源蓄电技术的评述1、先进的铅酸蓄电池为当前的首选铅酸电池“古老”，但未过时用量最大——全球移动电话机站，每站一组全世界十亿辆汽车，每辆一组有新技术——各种新结构，新材料密封胶体免维护式管式卷绕式双极性串联式铅炭电池超级电池…………优点突出：安全廉价成熟有一万安时以上的大型产品；（三）化学储能技术的评述二、可再生能源蓄电技术的评述铅酸蓄电池的缺点大有改进⑴比能量较低管式电池已大于40Wh/kg新电极可能达到新的水平——60Wh/kg*（日）Shin-KobeTechnicalReportNo.15(2005-3)⑵深放电时循环寿命较短2005年循环寿命达4500次*（70%DOD）2009年达6000次——正确使用大有作为⑶冶炼、制造、回收中，可能有铅污染国外治理了；我国加强管理，也定能治好！说“铅酸电池有污染”，是说错了！二、可再生能源蓄电技术的评述美国加州：40MWh的铅酸蓄电池蓄能电站对策:发展高能、长寿铅酸电池—60（80）Wh/kg二、可再生能源蓄电技术的评述2、锂离子电池演示规模应稳步扩大优点：比能量高比功率高能量转换效率高循环寿命长不足：价格还不够低有的安全性还较差二、可再生能源蓄电技术的评述对策:演示规模不必过大1、要先认真积累1-2兆瓦级电站的运行经验2、要比较不同电池体系的优缺点3、要全面检验、长期考验体系的安全性4、要考验经济效益南方电网的储能锂离子电池组着火2次（洛、深）3、钠硫电池要在安全前提下发展不足：高温运行，启动慢价贵，万元/度电安全性较差优点：高比能量转换率高寿命较长上海试产出650Ah的产品对策:钠硫电池产能不要增加过快加强安全性下，边演示，边增容日本蓄电站9月21日-10月5日大火二、可再生能源蓄电技术的评述优点缺点（1）安全，可深度放电（2）规模大，储罐尺寸不限（3）有很大的充放电速率（4）寿命长，高可靠性（5）无排放，噪音小（6）充、放电切换快只需0.02秒（7）选址不受地域限制（1）正极、负极电解液交叉污染（2）有的要用价贵的离子交换膜（3）两份溶液体积大，比能量低（4）能量转换效率不高对策:针对缺点，发展新的体系，降低成本很适用于可再生能源二、可再生能源蓄电技术的评述4、液流电池发展要统筹安排二、可再生能源蓄电技术的评述⑴液流电池是一电化工厂——体系繁多，要精心选用国内外的实践已证明：以溴为氧化剂的液流电池不可取如多硫化钠-溴体系，锌-溴体系8小时放电；净能量效率70％总造价2200万美元美军花2500万美元英国RegenesysTM民用大型蓄电站120MWh/15MW停运转研发费用大材料要求高比能量低工程化周期长运行窍门多二、可再生能源蓄电技术的评述⑵全钒液流电池要发展，但勿一窝风住友停产4年，刚恢复VRB公司,中国收购中国现已有8家公司要有强大的财力后盾，要有优惠政策的支持要作长期的演示验证，要分步骤地扩大规模⑶要大力发展有自主知识产权的液流电池新技术单液流电池只有一个溶液，故不需离子交换膜；无“交叉污染”,电流效率高；活性物质价格低廉；电池结构简化，制作成本低；平均比能量40Wh/kg（高于全钒液流电池的25Wh/kg）防化研究院：液流电池新体系研究锌-镍单液流电池（2007）铜-铅单液流电池（2008）双功能液流电池（2005）有机液流蓄电池（2007）兼能电合成的不间断液流电池（2010）显示出强劲的竞争力二、可再生能源蓄电技术的评述锌-Zn(OH)42--镍单液流电池[1]JieCheng,LiZhang,Yu-shengYang,Yue-huaWen,Gao-pingCao,Xin-dongWang.,ElectrochemistryCommunications,9:2639-2642,2007[2]LiZhang,JieCheng,Yu-shengYang,Yue-huaWen,Xin-dongWang,Gao-pingCao.,J.PowerSources,179:381-387,2008AD/DC放电充电充电器负载+_泵Zn(OH)42-电解液储罐Ni电极镀锌负极正极反应：NiOOH+H2O+e＝Ni(OH)2+OH-EC0=0.490V负极反应：􀋖Zn+4OH--2e＝Zn(OH)4-2EA0=-1.215V总反应：􀋖Zn+2NiOOH+2H2O+2OH-＝Zn(OH)4-2+2Ni(OH)2E0=1.705V美国纽约城市大学能源研究所跟踪研究并探求中国的氧化镍正极材料二、可再生能源蓄电技术的评述Cu-H2SO4-PbO2单液流电池正极反应：PbO2+4H++SO42-+2e＝PbSO4+2H2OEC0=1.685V负极反应：􀋖Cu-2e＝Cu2+EA0=0.337V总反应：􀋖Cu+PbO2+2H2SO4＝CuSO4+2H2O+PbSO4E0=1.348V二、可再生能源蓄电技术的评述与北京化工大学合作J.Pan,Y.Sun,J.Cheng,Y.Wen,Y.Yang,P.Wan,StudyonANewSingleFlowAcidCu-PbO2Battery,ElectrochemistryCommunications(2008),doi:10.1016/j.elecom.2008.06.008BatterySpeciesChargeCapacity(mAh)DishargeCapacity(mAh)AveragechargeVoltage(V)AverageDischargeVoltage(V)ChargeEnergy(mWh)DischargeEnergy(mWh)Capacityefficiency(%)Energyefficiency(%)Zn200016792.592.215307382683.471.9Cd200019722.272.094706424198.690.2Cu200019961.481.273051205699.883.6M技术创新面容量高、寿命超长的正极制备技术制止负极枝晶生长技术内并—外串电池成组技术旁路电流截止技术单液流电池的系统集成与控制技术二、可再生能源蓄电技术的评述碱性溶液:锌/镍单液流电池酸性溶液:铜/铅单液流电池已取得突破性进展，申请了若干专利并已制成小型样机，进入工程化研制5、再生式燃料电池无商业价值总能量转换效率35%有人建议与小水电结合杨裕生。关于可再生氢-氧燃料电池的议论，化学与物理电源系统，(5)：4-7，2008问题：系统复杂,可靠性难满足长期运行要求价格昂贵；能量转换效率不高对策:YCC指数太低，不宜采用！电解水制氢储氢PEMFC发电→→二、可再生能源蓄电技术的评述7、大力推行用户分布式蓄电⑴家用分布式蓄电，同时发展直流电器二、可再生能源蓄电技术的评述电网与用户联合建站，取得双赢①用户本需直流②用户可保生产的连续性③电网消化谷电④减少再上网的变流损耗①电解铝②氯碱③电镀④无轨电车⑤轨道交通⑥硅⑦充电站⑧电池⑨其它⑶分隔小区风-光-油-蓄互补海岛山村边防哨所⑵直流电用电大户蓄电内容一、能源发展要求规模蓄电二、可再生能源蓄电技术的评述三、动力电池决定电动车的发展四、强烈呼吁加大电池发展力度电动汽车按动力划分为两大类纯电驱动类混合动力类4、插电式混合电动车（PHEV）电-油混合动力车5、油-电混合电动车（HEV）微、轻、中、全等不同混合程度1、纯电动车（EV）2、燃料电池电动车（FCEV）燃料电池发电，与电池并联3、增程式纯电动车（EREV）内燃机发电，与电池并联只有电动机一种驱动动力内燃机--电动机两种动力——过渡车种电动汽车必须：①真能节油、减排——最终不用油；②广大群众买得起；③用得好——安全、方便又可分为5种新能源汽车节能汽车（全燃油）电动汽车需要规模化蓄电池电动汽车要从电网取用大量电能既可能冲击电网，但也可以调峰电动车发展路径对头，可以避害兴利如：夜间充电，而不搞快速充电三、动力电池决定电动车的发展电池决定电动汽车的性能电动车发展路径争论的实质——蓄电和用电路径的选择关键：电池水平和发展的正确判断能力轿车驶80公里，就可满足大多数用户要求1、微小型纯电动汽车应大力发展插电充电器220V电机变速箱电池组（电容器）只有电动力最节油---用“谷电”“风电”简单---无油路/气路/水路车身便宜---一般性加工微型车行驶百公里——耗电5-6度，小型车8-10度车轻价廉，耗电少，易充电，可用铅酸电池、锂离子电池鲁、浙、苏、粤已出口，应尽快允许在国内销售《科学时报》7月28日A3版：“别藐视铅酸电池微型电动汽车”观点：中、高档轿车电池多，价高，难成市场大量圈地搞充电站、换电站，费钱