臨近過年送談資!淺談電動車和鋰離子電池

土撥鼠挖車 發佈 2020-01-15T09:36:28+00:00

科技發展、社會進步,這是客觀趨勢,誰也阻擋不了,以汽車行業來看,傳統動力汽車已經存在了100多年,受到材料以及技術因素,傳統動力汽車再怎麼先進,也無法避免通過化石能源作為燃料,比如石油、比如天然氣等,這些能源好處是開採加工即可使用,缺點是污染、能量應用率低、化石能源有限等,因此突

科技發展、社會進步,這是客觀趨勢,誰也阻擋不了,以汽車行業來看,傳統動力汽車已經存在了100多年,受到材料以及技術因素,傳統動力汽車再怎麼先進,也無法避免通過化石能源作為燃料,比如石油、比如天然氣等,這些能源好處是開採加工即可使用,缺點是污染、能量應用率低、化石能源有限等,因此突破瓶頸,只有選擇其它替代物,目前人們開始普及電動汽車就是一個思路(拋開其它市場博弈等衍生問題這裡不表)。

儘管目前電動車才真正意義向社會普及,但電動車的出現可以追溯到很久以前,世界上最早的電動車誕生於19世紀30年代,而電動車的核心動力部件電動機,誕生於1828年,當時,匈牙利發明家傑德利克(ÁnyosIstvánJedlik)發明了世界上第一台。


傑德利克的直流電動機,包括定子、轉子和換向器,這也是直流電動機的鼻祖。

據說當時有人用傑德利克創造出的電動機研製了一輛電動車,但又有材料顯示,這位大神並沒有立刻將電動機成果公之於眾,直到28年後的1856年,他才談到自己最重要的發明-原型。

如果是這樣,按理說,電動車應該至少在1856年才出現,但1834年,美國佛蒙特州的托馬斯·達文波特(Thomas Davenport)建造了一個類似的裝置,同年,荷蘭格羅寧根的斯特拉廷教授和他的助手貝克爾發明了一種小型的電動汽車,由不可充電的電池供電。

直到1859年,法國物理學家發明了電池,另一位法國科學家阿爾方斯·福爾在1881年極大地改進了電池的設計之後,電動車才開始社會化大生產。當然,提及以上鉛酸電池發明者,也必須說一點,就是要銘記下電池的發明者,其實很多時候我們都會念叨出他的名字,他就是伏特!

有了可充電的鉛酸電池,電動車應用更具有實際意義,下圖是法國發明家於1881年4月在巴黎大街上進行電動車的動態測試。

上圖是美國的電動四輪車廣告,從內容看,當時人們已經將低噪音、清潔無污染作為賣點,而且宣傳傾向於是女性專用車。

事實上,在1920年以前,電動車市場的占有率達到38%,第一大占有率是蒸汽動力車,汽油車僅排第三位,而隨著更多油田的發現以及道路基礎設施的完善,汽油車才逐漸主導市場,更長的道路當然需要續航里程更長的車型,因此,現在說到電動車推廣,並非是電動車的初生,而是電動車的一次鳳凰涅槃式的歸來,能夠歸來,則是人們發明出的以鋰離子電池為代表的能量源,賦予了電動車新時代的應用意義。

鋰離子電池可分為錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰以及鎳鈷錳鋰等,現在很多車企製造電動車都選擇鎳鈷錳鋰,即人們常說的三元鋰離子電池。

三元鋰離子電池相較以上其它鋰電池同門,其實在安全、循環充放電次數、製造難易度等方面都不是出類拔萃的,但為啥很多車企還選三元鋰離子電池作為私家車動力源呢,主要就是三元鋰離子電池有個獨有優點,即電池能量密度相較其它為最高,現在電動車的續航里程是人們關心的問題,而三元鋰離子電池與其他類型鋰離子電池相比,同體積下能讓車跑的更遠。

此外,鋰離子電池的充放電不是化學反應,就是物理運動,充電時,鋰離子通過電解液,同時穿過隔膜,從正極(如果是三元鋰離子電池 正極就是鎳鈷錳三元材料)向負極移動;放電時,鋰離子原路返回,脫離負極而到正極,但是電子沒法跟著鋰離子同路,因為中間有隔膜板,隔膜板可理解為"網兜",鋰離子過去了,但是電子過不去,而有人說電子比離子小太多,為啥大的過去,小的過不去?因為隔膜板是絕緣物,排斥電子,因此電子只能從外部電路通過,此時外部電路連接的負載就能夠工作啦!負載如果是驅動電機,那電動車就能跑起來了!

通過鋰離子的來回移動,猶如累傻小子一般實現能量的產生,鋰離子無疑就是這個傻小子,不過一旦鋰離子發威,變成鋰金屬了,那就危險了(鋰電池就是如此,相比鋰離子電池要危險很多),鋰這種物質非常活躍,根本不用點火才著,遇到氧氣立刻爆燃,因此科學家千方百計不讓它從離子變成鋰金屬,即使少量析出成金屬了,由於正負極材料還有保護作用,避免氧原子與鋰的直接接觸,因此也會避免自燃發生。

而目前有的鋰離子電動車自燃,很多情況下還是由於外在碰撞導致電池內部結構變化引起短路,從而起火爆炸。

另外電動車為了更安全,比如長城旗下歐拉電動車,會採用瞬時關閉隔膜的方式阻止鋰離子移動,從而阻斷電流產生,也能很好起到安全保護作用。

電池的科技內涵十分豐富,也十分複雜,以上僅僅是電動車和電池的一些淺顯回顧的小皮毛,希望能引發各位朋友一丁點關於電動車原理的小興趣,聊作茶餘飯後的談資。

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