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德國(guó)一些汽車和電化學(xué)專家討論純電動(dòng)汽車所面臨的挑戰(zhàn)

德國(guó)大眾公司、慕尼黑工業(yè)大學(xué)和燃料電池核心部件生產(chǎn)商SolviCore公司的幾位專家在《Journal of the Electrochemical Society》雜志的一篇特約評(píng)論中，對(duì)純電動(dòng)車[電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車或質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池車輛]的技術(shù)障礙進(jìn)行了深入剖析。電動(dòng)車在交通運(yùn)輸工具中的占比取決于成本和續(xù)駛里程。他們認(rèn)為，電池電動(dòng)車最適用于短程行駛，而燃料電池電動(dòng)車更適于長(zhǎng)途旅行。但對(duì)于這兩種純電動(dòng)車，成本和耐久性都仍有問題需要解決，至少還要不斷改進(jìn)。其主要觀點(diǎn)如下：

(1) 盡管關(guān)于鋰離子電池的研發(fā)工作不勝枚舉，但仍未見比能量顯著超過0.25 kWhkg(電池系統(tǒng))的。因此，用續(xù)駛里程在200英里或以上的鋰離子電池驅(qū)動(dòng)的電池電動(dòng)車基本上無法躋身于中型車市場(chǎng)，其定價(jià)不利于大規(guī)模推廣。

(2) 關(guān)于鋰-空氣電池或鋰-氧氣電池，在鋰-氧氣電池充放電循環(huán)中有沒有能100%重復(fù)回收氧氣的穩(wěn)定的電極組件和電解質(zhì)還有待驗(yàn)證。因此，還需要進(jìn)行更深入的基礎(chǔ)研究和材料開發(fā)來確定鋰-氧氣電池的可行性。如果開發(fā)成功，實(shí)用電池系統(tǒng)的比能量預(yù)計(jì)約為先進(jìn)鋰離子電池的1.5倍。

(3) 關(guān)于鋰-硫電池，很難達(dá)到預(yù)期的重量能量密度。為了提供與先進(jìn)鋰離子電池相比具有競(jìng)爭(zhēng)力的重量能量密度，鋰-硫電池要求具有相當(dāng)大的單位面積電容(不低于4 mAhcm2)、高的陰極硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于60%。這樣的硅陽(yáng)極鋰-硫電池的能量密度能達(dá)到350～400 Whkg(電池單元)，最好的情況下約比先進(jìn)鋰離子電池大1.3倍。如果安全和耐久性問題能解決，用鋰-金屬陽(yáng)極電池，能量密度能達(dá)到450～500 Whkg(電池單元)。這將比先進(jìn)鋰離子電池陰極材料與鋰陽(yáng)極組合所獲得的重量能量密度高出約1.3倍。從體積能量密度來看，鋰-硫電池單元肯定不如鋰離子電池。但是，為了改進(jìn)電池的生命周期和安全性，可能需要其它一些組件，如果這些組件的成本較低，那么鋰-硫電池在成本上可能更有優(yōu)勢(shì)。

(4) 對(duì)于氫燃料電池來說，過去10年取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。高活性的鉑基催化劑使目標(biāo)鉑負(fù)載量降至每輛燃料電池電動(dòng)車載鉑10 g。新的鉑-合金催化劑也改進(jìn)了電壓-循環(huán)穩(wěn)定性，達(dá)到了美國(guó)能源局設(shè)定的指標(biāo)?，F(xiàn)在的挑戰(zhàn)是把這些催化劑概念與具有更高耐久性的載體材料結(jié)合起來，確保燃料電池在燃料電池電動(dòng)車整個(gè)服役期的性能。此外，在低載鉑量條件下發(fā)生大量傳質(zhì)損失的根源必須搞清楚并予以消除。燃料電池薄膜的主要挑戰(zhàn)似乎在于驗(yàn)證適用于在更高操作溫度和低相對(duì)濕度條件下使用的材料，從而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，提高抗熱能力，并減少空氣壓縮機(jī)的能量損失。

[程薇摘譯自Green Car Congress，2015-10-26]