德国一些汽车和电化学专家讨论纯电动汽车所面临的挑战

简 讯

德国一些汽车和电化学专家讨论纯电动汽车所面临的挑战

德国大众公司、慕尼黑工业大学和燃料电池核心部件生产商SolviCore公司的几位专家在《Journal of the Electrochemical Society》杂志的一篇特约评论中，对纯电动车[电池驱动电动车或质子交换膜(PEM)燃料电池车辆]的技术障碍进行了深入剖析。电动车在交通运输工具中的占比取决于成本和续驶里程。他们认为，电池电动车最适用于短程行驶，而燃料电池电动车更适于长途旅行。但对于这两种纯电动车，成本和耐久性都仍有问题需要解决，至少还要不断改进。其主要观点如下：

(1) 尽管关于锂离子电池的研发工作不胜枚举，但仍未见比能量显著超过0.25 kWhkg(电池系统)的。因此，用续驶里程在200英里或以上的锂离子电池驱动的电池电动车基本上无法跻身于中型车市场，其定价不利于大规模推广。

(2) 关于锂-空气电池或锂-氧气电池，在锂-氧气电池充放电循环中有没有能100%重复回收氧气的稳定的电极组件和电解质还有待验证。因此，还需要进行更深入的基础研究和材料开发来确定锂-氧气电池的可行性。如果开发成功，实用电池系统的比能量预计约为先进锂离子电池的1.5倍。

(3) 关于锂-硫电池，很难达到预期的重量能量密度。为了提供与先进锂离子电池相比具有竞争力的重量能量密度，锂-硫电池要求具有相当大的单位面积电容(不低于4 mAhcm2)、高的阴极硫质量分数不低于60%。这样的硅阳极锂-硫电池的能量密度能达到350～400 Whkg(电池单元)，最好的情况下约比先进锂离子电池大1.3倍。如果安全和耐久性问题能解决，用锂-金属阳极电池，能量密度能达到450～500 Whkg(电池单元)。这将比先进锂离子电池阴极材料与锂阳极组合所获得的重量能量密度高出约1.3倍。从体积能量密度来看，锂-硫电池单元肯定不如锂离子电池。但是，为了改进电池的生命周期和安全性，可能需要其它一些组件，如果这些组件的成本较低，那么锂-硫电池在成本上可能更有优势。

(4) 对于氢燃料电池来说，过去10年取得了长足进步。高活性的铂基催化剂使目标铂负载量降至每辆燃料电池电动车载铂10 g。新的铂-合金催化剂也改进了电压-循环稳定性，达到了美国能源局设定的指标。现在的挑战是把这些催化剂概念与具有更高耐久性的载体材料结合起来，确保燃料电池在燃料电池电动车整个服役期的性能。此外，在低载铂量条件下发生大量传质损失的根源必须搞清楚并予以消除。燃料电池薄膜的主要挑战似乎在于验证适用于在更高操作温度和低相对湿度条件下使用的材料，从而使系统设计简化，提高抗热能力，并减少空气压缩机的能量损失。

[程薇摘译自Green Car Congress，2015-10-26]