电动汽车电池技术的发展.doc

论文题目：电动汽车电池技术的发展现状分析摘 要当前研究开发的电动汽车动力电池种类较多。目前广泛使用的电动汽车电池主要有：铅酸电池、镍金属电池、锂离子电池等，正在开发研究的能量存储装置还有超级电容，以及发展远景更好的燃料电池和太阳能电池。铅酸电池技术成熟，质量重，不能快充深放，循环寿命短，不能满足高性能电动汽车的储能要求；锂离子电池能量高、重量轻、循环寿命长、但价格高；镍氢电池具有高比功率、电流充放电大、无污染、安全性能好等特点，目前广泛应用在混合动力汽车上；超级电容器充电速度快、大电流放电能力超强，功率密度高，但比能量极低等特点使得它不可能单独用作电动汽车能量源，但作为辅助能量使用具有显著优点；燃料电池为零排放或近似零排放，它的能源来源丰富，能量转化率高，但研究成本投入大，开发周期长，目前尚处于产品研发阶段；太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，但效率很低而成本很高，目前与其它电池还不能形成竞争。本文从电动汽车的电池技术发展现状出发，比较了几种电池技术的发展优劣势，并详细介绍了几种电池技术的工作原理和特点，最后对电动汽车电池技术的发展趋势进行了展望。关键词：电动汽车，电池技术，发展 AbstractThe current research and development of the electric car power battery sort is more. At present the extensive use of electric car batteries mainly has: lead acid batteries, nickel metal battery, the lithium ion battery, etc, are of research and development and super capacitor energy storage device, and the development prospect is better fuel cell and solar cell. Lead-acid battery mature technology, quality heavy, not quick charge and deep put, short life cycle, and cant meet the requirements of high performance electric car energy; The lithium ion battery energy, light weight, high cycle long life, but the price high; The nimh batteries have power to charge and discharge current aspect ratio, big, no pollution, safety performance is good wait for a characteristic, and it is used widely in hybrid cars; Super capacitor recharge speed, high discharge current ability strong, high power density, but is extremely low energy characteristics make it may not be used as the electric car alone energy source, but as auxiliary energy use has obvious advantages; Fuel cells for zero emissions or approximately zero emissions, it rich source of energy, energy conversion rate is high, but the cost investment, development cycle is long, is still under the product research and development stage; The solar cell is a kind of a promising new power, permanent, clean sex and flexibility three big advantage, but efficiency is very low and the cost is high, at present and in other batteries are still cannot form the competition. This article from the electric car battery technology development present situation, compare several battery technology development advantages and disadvantages, and introduces several battery technology of the working principle and characteristics of the electric car batteries last the development trend of the technology of prospects.Key words: Electric cars, battery technology, development目 录1 引言12 电动汽车的电池技术的发展现状12.1 铅蓄电池22.2 镍氢电池22.3 锂离子电池32.4 燃料电池33 电动汽车的电池技术43.1 铅蓄电池的工作原理和特点43.1.1 铅蓄电池的工作原理43.1.2 铅蓄电池的特点43.2 镍氢电池的工作原理和特点53.2.1 镍氢电池的工作原理53.2.2 镍氢电池的特点53.3 二次锂电池63.4超级电容技术73.5 燃料电池技术83.5.1 燃料电池的工作原理83.5.2 燃料电池的分类93.5.3 燃料电池的特点114 电动汽车电池技术发展趋势114.1 镍氢与锂离子电池是主流124.2 铅酸电池受到局限134.3 燃料电池性能的提高与成本的降低134.4 超级电容前景广阔135 结束语14参考文献15致 谢161 引言内燃机汽车工业已经有百余年历史，对于人类社会的影响非常深刻。而目前技术成熟的传统内燃机汽车的能量来源却较为单一，主要为汽油或柴油。同时内燃机制造业对于能源的消耗非常大，在石油资源紧缺的现在逐渐显现其弊端。另外生产中所产生的废气以及汽车运行所产生的排放物对环境造成的较大污染，也越来越受到人们的关注。为做到社会的可持续发展，应当大力发展清洁、高效、智能的交通工具。电动汽车作为一种排放低、能源利用多样化的环保节能交通工具，呈现出加速发展的趋势并且将对于促进高科技的发展、新兴工业的发展以及经济的发展产生深远的影响。初始成本高和续驶里程不理想是电动汽车的主要问题1。为解决续驶里程问题，现在正在研发一些先进的电池如镍氢电池、锌空气电池和锂离子电池等。目前从理想角度讲对于电动汽车能源系统有如下要求：(1) 高的比能量和能量密度；(2) 高的比功率和功率密度；(3) 快充和深放电的能力；(4) 寿命长；(5) 自放电效率小，充电效率高；(6) 安全性能好且成本低廉；(7) 免维修；(8) 对环境无害，可回收；但目前还没有一种能源能够完全满足上述要求。相对而言,铅酸电池具有成本低，比功率高的优点，但其寿命短、比能量低;镍氢电池和锂离子电池等的比能量高，但价格也较高；以后超级电容和超高速飞轮也会在汽车上有所应用。燃料电池则能从根本上解决续驶里程不长的问题，被认为是目前最有发展前景的重要能源之一。若能大大降低燃料电池的初始成本，它将最有希望代替燃油汽车成为今后的主要交通工具的动力源2。2 电动汽车的电池技术的发展现状目前在电动车领域使用的电池类型主要有：铅蓄电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池。其中，铅蓄电池因具有突出的性价比已在电动自行车上得到广泛的应用，镍氢电池在混合电动汽车上的应用也已进入成长期，而锂离子电池则处在实车检测和验证阶段，燃料电池则由于使用寿命、成本等问题而难以在短期内实现商业化应用。2.1 铅蓄电池近年来，随着市场需求的变化，铅蓄电池的生产方式及工艺不断完善，制造水平不断提升，电池比能量、循环寿命、一致性、可靠性和制造过程的环保性不断提高。电池组100%DOD循环寿命已经从2001年前后不到200次，发展现在的400次以上；比能量也从35Wh/kg发展到现在的4045Wh/kg，有力地推动了电动自行车市场的飞速发展。随着性价比的进一步提高，铅蓄电池的应用领域也从电动自行车，逐步扩展到电动三轮车、微型电动轿车、电动游览车、电动高尔夫球车、电动环卫车等领域，市场容量在快速扩大。与此同时，其在混合电动汽车中的应用也已拉开序幕，如卷绕电池因具有良好的大电流放电性能（可以进行18C放电）和较宽的工作温度范围（-4075），目前已开始用于微混电动车，充当起停装置（Start-Stop-System）的驱动电源。此外，新型设计和生产技术，如双极式结构、薄型极板、复合活性炭负极等也将给古老的铅蓄电池技术带来新的生机。可以预见，在今后很长一段时期内，铅蓄电池仍旧将在电动车领域处于不可或缺的地位3。2.2 镍氢电池镍氢电池在电动自行车发展的初期曾作为一种解决方案推向市场，但由于自放电大、循环寿命短、单体一致性差，且价格偏高而没有被市场普遍接受。而针对镍氢电池在电动汽车领域的应用， 我国从“九五”期间就开始立项研究，一直延续到“十五”和“十一五”期间。经过各方的共同努力，镍氢电池的比能量已从最初的5060Wh/kg，发展现在的7080Wh/kg；比功率也从700800W/kg提高到现在10001200W/kg；自放电也从每月20%左右降低到10%以下，80%DOD循环寿命从400次左右提高到1000次以上，综合性能得到极大提高。由于镍氢电池性能的大幅度改善，工信部在6月25日发布的新能源汽车生产企业及产品准入管理规则中将镍氢电池列为成熟期产品，可以在全国不限区域使用。鉴于镍氢电池的原材料和制造工艺基本成熟，未来性能提高的空间不大，所以其市场生命力估计只有35年左右，到2012年以后将被锂离子电池逐步替代。2.3 锂离子电池由于锂离子电池具有体积小、重量轻、工作电压高、比能量大、循环寿命长、比功率大、自放电率小、无记忆效应、无污染等突出优点，使其成为新能源电动汽车近期重点发展的动力电源，现阶段被认定为发展期产品。从锂离子电池的发展过程来看，其容量已从本世纪初期的3Ah以下，发展到现在的500Ah甚至更大的单体容量；关键正极材料也从早期的钴酸锂一枝独秀，发展到现在的钴酸锂、镍钴酸锂、三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂共存的局面。功率型锂离子电池的比功率从早期的8001000W/kg已发展到现在的1800W/kg以上，100%DOD循环寿命从400次左右提高现在的2000次以上，安全性能也得到大幅度提升。从以锰酸锂和磷酸铁锂为正极材料的单体电池特性来看，其比功率、比能量、安全性等指标均能够满足整车要求，但是系统内单体电池的一致性，系统整体的安全性、循环寿命等指标能否在大批量生产时满足要求，似乎是对电池企业的重要考验。另外，由于加拿大魁北克水电公司在华申请的磷酸铁锂材料的专利均已授权，这将成为制约磷酸铁锂电池发展的最大障碍。因此，如何进一步研制新型锂离子电池正极材料，绕开这两个专利的制约，将是摆在电池企业、相关研制单位面前的重大课题4。2.4 燃料电池燃料电池的发展源远流长、几起几落，但其特有的高效率、较长的供电时间、低噪声及不产生有害排放物等优点将使其成为电动汽车驱动电源发展的终极目标。但从目前来看，燃料电池汽车总体上仍处于研发阶段，近期、中期不可能大发展；主要原因是成本高昂，系统复杂，维护困难，运行寿命短（3000h），氢的来源和储运困难，加氢站等基础设施基本空白，铂的资源匮乏（以每辆车20g铂计算，我国年产4吨的铂只够解决80万辆燃料电池车）。因此，尽快研发替代铂的催化剂，研制低成本质子交换膜和流场板，提高系统的运行时间（5000h），建立高可靠性氢源储运和再生系统将是燃料电池车发展的前提和保障。总之，铅蓄电池将在电动车低端市场占有较大的份额，镍氢电池在电动车领域属于未来35年的过渡产品，动力锂离子电池将在23年后初步实现规模化，而燃料电池的商品化应用估计还需要10年乃至15年以上的时间。3 电动汽车的电池技术3.1 铅蓄电池的工作原理和特点3.1.1 铅蓄电池的工作原理1881 年特鲁夫（Gustave Trouve）制造出世界上第一辆电动三轮车时，使用的是铅酸电池。目前，仍有不少混合动力汽车和纯电动汽车采用新一代铅酸电池。铅蓄电池内的阳极(PbO2) 及阴极(Pb) 浸到电解液(稀硫酸) 中，两极间会产生2V 的电力，这是根据铅蓄电池原理，经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化：(阳极) (电解液) (阴极)(放电反应)(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅)3.1.2 铅蓄电池的特点铅酸蓄电池的应用历史最长，也是最成熟、成本售价最低廉的蓄电池。它已实现大批量生产，但比能量低，自放电率高，循环寿命低。当前存在的主要问题是其一次充电的行程短。近期开发的第3代圆柱型密封铅酸蓄电池和第4代TMF(箔式卷状电极) 密封铅酸蓄电池已经应用于EV和HEV电动汽车上。尤其是第3代VRLA蓄电池低阻抗优点可以控制快速充电过程中的欧姆热，延长电池的寿命。VRLA蓄电池的结构特点和使用性能这里所说的VRLA蓄电池指的是贫液式(AGM)电池，具有下列结构特点：（1）用新板栅材料，负极板栅采用铅一钙合金，以提高析氢过电位，正极板栅用铅基多元合金，用于改善点特性。（2）改变正、负极板活性物质电化当量配比，设计为以负极板容量相对于正极板过剩。（3）电池为贫液设计。电池盖上装单向节流阀，使电池处于密封状态，遇到异常情况时排气阀打开排出气体。经过技术改进的VRLA蓄电池具有这样一些新功能：无酸雾逸出；无需定期进行补水；比能量大；自放电小；浮充寿命长。从这些新性能可以看出来，VRLA蓄电池的薄板设计和低阻抗可以更好地符合混合动力汽车操作要求5。3.2 镍氢电池的工作原理和特点3.2.1 镍氢电池的工作原理镍氢电池是20世纪90年代发展起来的一种新型绿色电池，具有高能量、长寿命、无污染等特点，因而成为世界各国竞相发展的高科技产品之一。镍氢电池NiMH电池正极板材料为NiOOH，负极板材料为吸氢合金。电解液通常用30的KOH 水溶液，并加入少量的NiOH。隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。NiMH 电池有圆柱形和方形两种。主要为KOH作电解液（电解质7moL/LKOH+15g/LLiOH）充电时正极反应：负极反应：总反应：放电时反应相反镍氢电池能量密度为70Wh/kg，功率密度为200W/kg，极限循环1500次。3.2.2 镍氢电池的特点重量方面：以每一个单元电池的电压来看，镍氢与镍镉都是1.2V，而锂电池确为3.6V，锂电池的电压是其它两者的3倍。并且同型电池的重量锂电池与镍镉电池几乎相等，而镍氢电池却比较重。可知，每一个电池本身重量不同，但锂电池因3.6V高电压，在输出同等电压的情况下使单个电池组合时数目可减少1/3而使成型后的电池重量和体积减小6。记忆效应：镍氢电池与镍镉电池相同都有记忆效应。因此，定期的放电管理也是必需的。这种定期放电管理属于模糊状态下被处理，甚至也有些在不正确的知识下进行放电（每次放电或者使用几次后进行放电都因公司的不同而有所差异）这种烦琐的放电管理在使用镍氢电池时是无法避免的。锂电池相对而言因为完全没有记忆效应，在使用上非常方便简单。它完全不必理会残余电压多少，直接可进行充电，充电时间自然可以缩短。自放电率：镍镉电池为15%30%（月）。镍氢电池为25%35%（月），锂电池为2%5%（月）。以上镍氢电池的自放电率为最大，而锂电池的特长与其它两类电池相比放电率极低。3.3 二次锂电池磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。磷酸铁锂电池是用来做锂离子二次电池的，现在主要方向是动力电池。它的优点是：（1）超长寿命长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右， 最高也就500次， 而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电（5小时率）使用，可达到2000次。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的4倍以上。（2）使用安全磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。（3）可大电流快速放电可大电流2C 快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40min内即可使电池充满，起动电流可达2C，而铅酸电池现在无此性能。（4）耐高温磷酸铁锂电热峰值可达350500而锰酸锂和钴酸锂只在200左右。工作温度范围宽广（-2075），有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350 500而锰酸锂和钴酸锂只在200左右。（5）无记忆效应可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。（6）体积小、重量轻同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3重量是铅酸电池1/3。（7）绿色环保磷酸铁锂电池不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属），无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池。磷酸铁锂电池也有缺点，例如磷酸铁锂正极材料的振实密度较小，等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池，因此在微型电池方面不具有优势。采用磷酸铁锂电池的电动汽车种类很多，无论纯电动汽车，还是混合动力汽车。具有代表性的电动汽车生产企业包括深圳比亚迪汽车和万向电动汽车有限公司。锰酸锂主要为尖晶石型锰酸锂尖晶石型锰酸锂LiMn2O4是Hunter 在1981 年首先制得的具有三维锂离子通道的正极材料，至今一直受到国内外很多学者及研究人员的极大关注，它作为电极材料具有价格低、电位高、环境友好、安全性能高等优点，是最有希望取代钴酸锂LiCoO2成为新一代锂离子电池的正极材料。LiMn2O4正极材料的缺点：（1）循环寿命低，特别在高温条件下（5560）；（2）存储会产生容量衰减，特别是在高温下储存；（3）容量低，不适合手机和笔记本电池的要求；（4）在循环过程中，容量常发生快速衰减。锰酸锂电池同磷酸铁锂电池电池一样运用于多种车型，在北京奥运会和上海世博会的影响下，北汽福田、安凯均采用中信国安盟固利生产的锰酸锂电池。3.4超级电容技术超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也有称作“电容电池”7。特点：（1）充电速度快，充电10s10min可达到其额定容量的95以上；（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达150万次，没有“记忆效应”；（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率 90%；（4）功率密度高，可达300W/kg5000W/kg，相当于电池的510倍；（5） 产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；（6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；（7）超低温特性好， 温度范围宽-40+70；（8） 检测方便，剩余电量可直接读出。3.5 燃料电池技术3.5.1 燃料电池的工作原理燃料电池，虽有“燃”字当头，实际上能量的获得并不是通过燃烧，而是由氢气和氧气在空气中进行化学反应生成电能。它与一般电池不同之处在于燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是起催化转换作用。所需燃料(氢或通过甲烷、天然气、煤气、甲醇、乙醇、汽油等石化燃料或生物能源重整制取)和氧(或空气)由外界输入，原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续放电。因此燃料电池是名符其实的一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。它不通过热机过程，不受卡诺循环的限制。这里以质子交换膜燃料电池为例来说明它的工作原理：从阳极处的氢气中抽取电子(氢气被电化学氧化掉，或称“燃烧掉了”)，发生反应H22H+2e-。这些负电子经外电路到达导电的阴极，同时余下的氢离子通过质子渗透膜被送到阴极。在阴极，氢离子与氧气发生反应并从阴极吸收电子，发生以下反应1/2O2 +2H+ +2e-H2O，其电极总反应为1/2O2H2H2O(如图3-2所示)。这一反应的产品是电流、热量和水。图3-13-3为几种燃料电池的工作原理示意图。另外，仅有燃料电池本体还不能维持工作，还必须有一套相应的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。靠这些辅助系统，燃料电池本体才能得到所需的燃料和氧化剂，并不断排除燃料电池反应所生成的水和热8。图3-1 熔融碳酸盐燃料电池反应原理图3-2 质子交换膜燃料电池反应原理示意图图3-3 固体氧化物燃料电池原理示意图3.5.2 燃料电池的分类目前已开发了的低温燃料电池(60120)(如碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜(PEMFC)或固态聚合物燃料电池(SPFC)，中温燃料电池(160220)磷酸燃料电池(PAFC)以及高温燃料电池(6001000)(如熔融碳酸燃料电池(MCFC)和固态氧燃料电池(SOFC)等三类五种电池。碱性燃料电池(AFC)的电解液效率很高(可达60%90%)，但对影响纯度的杂质如二氧化碳很敏感。因而运行中需采用纯态氢气和氧气。它在太空飞行中的应用倍受关注，因为空间站的推动原料是氢和氧，反应产物饮用水，对空间环境不造成任何污染，同时还可提供宇航员使用。由于磷酸易得，反应温和，磷酸盐型燃料电池(PAFC)成为发展最快、研究最成熟的一种燃料电池。现在新发展的二度空间PAFC的稳恒态模型，将促进PAFC 的进一步开发。目前美国已有少量销售PAFC，其商品化阶段已经开始。熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)在所有的燃料电池中电压效率最高。据最新研究在没有Ni短路的情况下，它甚至能在1215大气压的高压下工作超过40000h。MCFC现在正处于1020kW向兆瓦级发展阶段。研究表明电池装置的结构对系统的效率有很大的影响，而系统的尺寸和操作条件的影响相对小得多。今后开发的重点应放在装置构造上。1994年12月美国已建成迄今最大功率为250kW的MCFC电站。聚合物电介质燃料电池(PEMFC)不仅是人造卫星上可靠、低成本的动力源，还可作为陆地上市区交通车辆和水下潜艇的动力源。由于它有很高的能量密度，现已成为汽车领域的热点。由中国科学院大连化学物理研究所研制的50千瓦质子交换膜燃料电池城市客车发动机，2002年10月10日通过了科技部组织的专家组测试考核。清华大学汽车研究所的标准工况实际测试考核表明，这台发动机氢气利用率高达97%，电池组发电效率达57%，发动机效率大于42%。各项指标接近国际先进水平。美国至今已开发的具有代表性的运输用燃料电池公共客车、轿车已达30多种。预计，2020年聚合物氢气燃料电池将发动百万台汽车9。固态氧化物燃料电池SOFC正在积极研制开发中，它是高温下先进的电化学反应器。其单个电池的性能不仅取决于材料本身的性能，还与电极/电极界面的各自微结构装配技术有很大关系。目前美国已有5kW的SOFC产品出售。一些公司还打算把SOFC和储氢合金结合起来，用于开发汽车用燃料电池。高温固体氧化物燃料电池直接把化学能转化为电能，不经过中间环节，减少能量的损失，发电效率达50%以上，总发电率可达到85%以上。燃料使用面广，余热利用率高。但这种电池由于电解质电导率不高，必须在高温下操作，连接密封材料必须使用铂等稀贵金属，电池成本随之大大增加。据报道，目前中国科技大学无机膜研究所已经研制成功的新型中温陶瓷膜燃料电池，是一种以陶瓷膜作为电解质的燃料电池。电池部件薄膜化以后，降低了电池的内阻，提高了有用功率的输出，从而不需要高温的条件，实现了中温化，操作度降到700500。这种新型燃料电池继承了高温SOFC的优点，同时降低了成本。伦敦帝国大学的一家派生公司已开发了一种中温的SOFC，它能提供安全连续的能源，并配有可移动的辅助电池组，以便自由应用，这种电池可灵活地用甲烷、甲醇、乙醇或纯净的氢气为燃料。3.5.3 燃料电池的特点近年来，燃料电池汽车也脱颖而出，成为现有各种汽车强有力的竞争对手，主要原因是其具有的优点倍受青睐。燃料电池汽车的三大优点10：(1)低排放。燃料电池通过电化学的方法，将氢和氧结合，直接产生电和热，排出水，而不污染环境。以甲醇、汽油等为燃料的燃料电池汽车虽也产生二氧化碳，但其排放量比内燃机的要少得多，且没有其它污染排放(如氧化氮、氧化硫、碳氢化物或微粒)问题。(2)燃料多样化。燃料电池所使用的氢可取自天然气、丙烷、甲醇、汽油、柴油、煤以及再生能源。燃料来源的多样化有利于能源供应安全和利用现有的交通基础设施(如加油站等)。(3)效率高及性能高。由于燃料电池没有活塞或涡轮等机械部件及中间环节，其效率大为提高，约为内燃机的23倍。燃料电池汽车在成本和整体性能上(特别是行程和补充燃料时间上)也明显优于其它电池的电动汽车。不久前在美国底特律举办的汽车展览会，更成了燃料电池欣欣向荣、蒸蒸日上的转折点！参加展览的各大著名公司：通用、福特、本田、丰田等一致看好燃料电池，并表示在20032004年内首批燃料电池电动汽车将行驶在马路上！燃料电池今后的发展方向除了电动车辆(包括公交车辆、拖拉机、叉式装卸机、高尔夫车和军事车辆等)和热电站外，另一方向是使燃料电池小型化。由于燃料电池与普通电池相比具有能源和装置灵活，寿命及待机时间长，生态平衡好，自身排放低等优点，今后它将替代普通电池在膝上电脑、便携式电子器件等方面应用。据科学美国人报道，美国洛斯阿拉芙斯国家实验室霍克最近研制成功微型燃料电池，其电池尺寸和价格可与传统的镍镉电池相比，重量仅为镍镉电池的一半，但供电能力为镍镉电池的50倍。预期这种微型燃料电池用于移动电话，可连续待机40d，而仅消耗不到2盎司的甲醇。霍克目前正把微电子技术引入微型燃料电池制作中，准备制作25m厚的微型电池。另外，还有把燃料电池用于电子广告牌和电动自行车的报道。4 电动汽车电池技术发展趋势国外著名市场研究公司发布的研究报告指出，如果今后数年全球油价依旧徘徊在高位状态，2010年美国市场出售的轿车中5%6%将会是混合动力汽车。有更大胆的预测则说，2015年整个汽车市场的80%市场份额将会被混合动力汽车所占据。另外，虽然目前仅有10 多款车型亮相，但著名的汽车预测机构J.PPower 则指出，到2011年将会有至少35款HEV车型可供消费者选择。2009 年我国新能源汽车技术发展规划（见下表4-1所示），2010 年国家 “十二五” 电动汽车发展规划正在由有关部委制定，有望2010 年底出台，认为小型纯电动乘用车将是35年内中国电动车产业发展的主导方向。表4-1 2009 年我国新能源汽车技术发展规划普通公路交通领域公共交通领域短期规划重点推广油-电混合动力汽车；大力推广以非粮食为原料的乙醇燃料和生物柴油汽车；试点推广纯电动汽车。推广以纯电动（以煤炭和水电为来源）为主、以天然气、二甲醚和混合动力为辅的公交车和出租车中期规划全面推广先进混合动力汽车和纯电动汽车；试点推广可充电式混合动力和氢燃料电池汽车全面推广以纯电动（以水电、风能、核能等为来源）的公交车和出租车；试点推广氢燃料电池汽车长期规划全面推广可充电式混合动力汽车和氢燃料汽车全面推广以纯电动和氢燃料电池（以清洁能源如风能、太阳能、潮汐能为来源）公交车和出租车4.1 镍氢与锂离子电池是主流从国内外新能源汽车发展规划来看，电动动汽车短期规划以混合动力为主，纯电动为辅。混合动力汽车主要采用镍氢电池和锂电池两种形式。镍氢电池仍然是目前动力电池的主流，势必借助新兴产业扶持政策的东风迎来一轮高速发展的黄金期10。目前国内产能大概在15万kWh左右，在未来4年内仍然会供不应求。但由于镍氢电池的一些技术性能已经接近理论极限值，如能量密度、充放电速度等，市场份额受性能更加优越的锂离子电池挤压，因此并不被认为是未来的发展方向，其供需平衡点将在2014年左右出现。相对而言，锂电池具有安全性高、稳定性高、环保、价格便宜等优点，得到各汽车厂商和电池生产厂商的认可，有专家认为动力锂离子电池的快速发展应该在2014年左右。但同时考虑到储能电站的发展，锂离子电池技术在和全钒液流技术的竞争中，通过技术进步和成本降低，占据一定市场份额的情况，不排除锂离子电池需求提前爆发的可能。但其也存在稳定性、安全性和生产成本等问题。对于锂电池，中信证券分析师李春波介绍，锂电池根据正极材料不同，可分为磷酸钴锂、磷酸锰锂、磷酸铁锂三种。磷酸钴锂由于钴价高昂而被放弃；虽然磷酸铁锂在实验室单体条件下可以低温使用，但工业化的电池组还是无法在-20以下使用，这样，就意味着广大的高纬度市场不能被开发；磷酸锰锂相较于磷酸铁锂，在安全性和使用寿命方面不高。金属元素价格与储量如表4-2所示。从表格4-2中可以看出，LiMn2O4虽然比容量较低，目前作为正极材料还存在一些不足之处，但其资源丰富，价格便宜，其作为正极材料的金属成本仅为LiCoO2的1/20（售价为1/8），且安全性好，无环境污染. 这些优点使其作为锂离子电池正极材料具有得天独厚的优势，被认为二十一世纪最具吸引力的一种锂离子动力电池正极材料 。表4-2 金属元素价格与储量金属元素金属价格（万元/吨）世界储量（万吨）产量（万吨）CO358504.5Ni13.510,00088Mn1.748,000,00025004.2 铅酸电池受到局限铅酸电池已有150年的发展历史，由于其本身技术成熟，市场广泛，运行成本低，维修方便等，相对于其它新型电池，仍有较大的市场需求。特别是运用于新能源电动汽车起步阶段，其控制简单，起点低，有利于研发机构控制成本、积累经验，拓展市场，为后期的技术革新、产品升级提供保证。但由于铅酸电池本身受到能量和功率较低、循环寿命短等特性的局限，使其只能用于低端车型的开发，这也阻碍了铅酸电池的进一步发展。4.3 燃料电池性能的提高与成本的降低要想实现燃料电池电动汽车的商业化，必须使燃料电池电动汽车的性能相当于甚至优于现在的内燃机汽车, 同时价格与现在的内燃机汽车价格持平甚至比其更低。毫无疑问，现在燃料电池电动汽车成本如此高的主要原因在于燃料电池系统本身的成本太高。目前, 燃料电池制造成本已经降至数百美元每kW左右。但是，燃料电池电动汽车应用成本的目标是50美元/kW，距离还很大。如何提高燃料电池性能与降低其制造成本是燃料电池电动汽车商业化的关键问题之一。4.4 超级电容前景广阔超级电容器产品虽然问世不久，但由于它具有特殊的优点，已在许多领域中获得了应用，其前景可以说是非常广阔。2010年上海世博会中稳定运营的36辆超级电容客车更是吸引了众多观光者的眼球。超级电容车一旦展开普及，市场前景会大大地超出想象。5 结束语为鼓励新能源汽车发展，我国相关配套措施不断完善，财政补贴政策也相继