[汽車之家 電動車技術(shù)] 什么是純電動車發(fā)展道路上的絆腳石?這個問題的答案不只一個,但眾多答案當(dāng)中,有一個最受到大家的重視,那就是電動車的安全問題,因?yàn)樗臀覀兊纳踩⑾⑾嚓P(guān)。而在眾多影響電動車安全的問題當(dāng)中,電池安全最棘手、影響也最大,于是這一次我們打算用四期選題,追根溯源,從動力電池的發(fā)展、現(xiàn)狀、未來等不同階段,以動力電池輻射到整車,剖析純電動車的安全問題。
本期是該系列選題的第一期,我們將帶您回到中世紀(jì),看看電池是如何誕生的,作為驅(qū)動車輛的能源,它又經(jīng)歷了什么,從什么時候開始,它變成了“危險份子”?
如果這世界上真的有時光機(jī),那讓我們回到1786的一天,在意大利一個潮濕、充滿腥氣的解剖室當(dāng)中,來自意大利的解剖學(xué)家Luigi Galvani(伽爾瓦尼)和他的助手正準(zhǔn)備解剖一只死青蛙。當(dāng)他雙手舉著手術(shù)刀,碰觸到青蛙的腿部時,青蛙的腿部肌肉抽搐了一下。
這個名叫伏特的小伙子不僅是個貴族,同時還是一個物理學(xué)家,他受到本杰明·富蘭克林的啟發(fā),多次實(shí)驗(yàn)論證,產(chǎn)生電流的并不是青蛙的肌肉,而是一些液體和兩塊異質(zhì)金屬。盡管伽爾瓦尼的結(jié)論并不準(zhǔn)確,但從他開始,人們就開啟了一系列對可儲存電能的研究。
可能是伏特太過于沉迷于掌聲,他并沒有深入對這些電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行研究,電流產(chǎn)生的基本原理,他并不知道。正如在發(fā)明了罐頭之后很多年人們才發(fā)明了開瓶器一樣,很長一段時間內(nèi),人們并不知道電堆產(chǎn)生電的原理。
實(shí)際上“伏特電堆”的銀片和鋅片就是后來我們說的電池的正負(fù)極,而鹽水浸濕的紙片就是后來的電解質(zhì)。當(dāng)時的科學(xué)家對化學(xué)電池進(jìn)行了多方面的嘗試,人們發(fā)現(xiàn)在電池產(chǎn)生電的同時,還會出現(xiàn)很多氣泡(氫氣),氣泡控制不好,電池就容易膨脹、爆炸。
這時候的電池,電壓低、容易爆炸、因?yàn)殡娊赓|(zhì)使用的是硫酸,所以還有搬運(yùn)不方便的問題存在,于是1888年,化學(xué)家卡斯尼爾將淀粉加入電解質(zhì)中,制成漿糊狀,從此這類電池就被成為“干電池”。在這里需要說明一下,現(xiàn)在動力電池當(dāng)中的電解質(zhì)也是漿糊狀的,但為了和固態(tài)電池當(dāng)中固態(tài)的電解質(zhì)區(qū)分,我們也通常將前者叫做電解液。
隨后鎳鎘、鎳鐵電池被發(fā)明出來,但由于當(dāng)時這些材料比其它蓄電池的料貴得多,因此實(shí)際應(yīng)用受到了阻礙,但這也讓鎳這種正極材料體系的電池開始進(jìn)入了人們的視野。之后科學(xué)家對電池的研究,都在如何讓電池的電力更持久、更安全、成本更低的道路上不斷努力。
如果大家還能背出元素周期表,那就會知道排在前列的鋰是比較活潑的金屬元素,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)將復(fù)合材料混合鋰離子制成的電池能放出的電量最多,而且鋰的重量非常輕,用它制作的電池體積非常小,為電池的廣泛推廣、應(yīng)用打下基礎(chǔ),但事物總有雙面性,鋰過于活躍,容易發(fā)生內(nèi)短路,存在的安全隱患比較多。
由于鋰活性較高,遇到水或者空氣都會發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致燃燒和爆炸,那么如何穩(wěn)定它呢?科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性,因此嘗試?yán)眠@個特性制作充電電池,首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實(shí)驗(yàn)室試制成功。
由于該思路和當(dāng)時鋰離子電池研究的方向不大一致,當(dāng)時沒有任何一家企業(yè)敢接古迪納夫的發(fā)明,甚至他的母校牛津大學(xué)都不愿意為其申請專利。不過這時候一家來自日本的公司伸出了橄欖枝,它就是索尼公司。至此鋰離子電池發(fā)展的“權(quán)杖”從歐洲轉(zhuǎn)移到了亞洲。
實(shí)際上從1992年索尼將鋰離子電池商業(yè)化之后,鋰離子電池開始大量在消費(fèi)電子產(chǎn)品中出現(xiàn),廣泛的應(yīng)用不僅拉低了它的成本,同時也推動了鋰離子電池的發(fā)展,能量密度更高、續(xù)航里程更長,充電倍率更高、各種材料體系的鋰離子電池出現(xiàn):鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元鋰電池層出不窮。
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