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解析电动汽车弯道超车的关键:电池技术的研究

2015-11-13 09:18
kumsing
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  大众汽车“目前焦点主要聚集在将现有锂离子电池升级版方案,以及固态电池技术两个方向”,虽然没有提及具体的技术内容,估计大众的固态电池应与Sakti3类似。

  但是,还有一种固态电容器也可用于电动汽车作高密储能器。《三种改变世界的电池技术》一文中提到:“目前,美国能源部能源高级研究计划局(ARPA-E)就正在测试两个不同的固态电池项目,其一是锂离子固态电池,另一个则完全不使用锂。”这一“完全不使用锂”的“固态电池”作者估计就是固态电容器,因为非锂材料的储能密度小,难以成为电池的“高能存储材料”。

  众所周知电容器比电池在安全性、使用寿命、充电速度和管理等方面更有优势。通用汽车瞩目的“固态电池”,其实是一种高储能密度的固态电容器。2008年通用汽车曾入股EEStor公司取得9.8%的股权。而EEStor研究的就是高储能密度的固态电容器。国内有储能权威和专业网站将EEStor电容器归于“超级电容器”类,其实EEStor电容器采用高介电常数材料储能,为标准的法拉第电容器,可按法拉第电容器原理设计。所谓“超级电容器”靠正负电极对垒储能,为非法拉第电容器。

  EEStor电容器能够成为高储能密度的电容器,是因其介电质膜的介电常数达19818,膜的电场强度达350V/μm,膜的厚度可保证电容器的工作电压达3500V。按法拉第电容器原理即可计算出其储能密度,EEStor号称达280Wh/kg。中科院也对此类电容器进行了研究,所制备的介电质膜的介电常数比EEStor更高。但是至2009年后已无EEStor的新报道,有传是奥巴马下令将此技术列入了美国国家机密。

  单体EEStor电容器的外形与Sakti3电池相类似,结构为两电极间夹一薄层介电质层。因单体电容器的工作面积小,需将多个单体电容器并联才能得到大储能量,致制备复杂;另外,EEStor电容器设计于3500V电压工作,用于电动汽车存在安全隐患。EEStor介电质膜的材料为560nm粒度的高介陶瓷粒,用4%聚脂粘结成膜,高介陶瓷粒是氧化铝包覆的钛酸钡,对材料的纯度要求达5个9,制备复杂。

  本人研究了一种新型高介电常数材料,可制备介电常数高达105的膜。材料制备简便、成本低,已申请发明专利。作者的一个专利还解决了制备大比表面积电容器的难题。因膜的介电常数远高于EEStor介电膜,当采用作者研究的电极制备储能密度高达400Wh/kg的电容器时,电容器工作电压可小于100V,使电容器更适合于作电动汽车的动力储能器。

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