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电动汽车换电技术可行性报告
补充氢气燃料的基础设施造价高昂
氢气具有爆炸性,很难处理。输电就相当简单。氢气燃料电池汽车需要对制造和运送环节投入巨资,每一个环节又会增加成本、复杂性和污染。
燃料电池车以及加氢的技术难度较高,还有氢燃料供应社会体系建设的难度相当高,不像插电式混动车、纯电动车一样可以与现有的传统汽油车加油站或国家电网等这些基础设施兼容,而氢燃料的社会体系需要重新建设。
结论:
1、氢燃料电池组价格较贵,且不支持大倍率放电;
2、仍然不能脱离储能锂电池的支持;
3、反应堆实际效率仅50%左右,这还不算裂解天然气、压缩气体的能耗;
4、加氢站昂贵,只有动员整个社会体系才能做到;
5、目前没有保证安全性的切实方案。
6、氢燃料电池的实用性:即使燃料电池技术能够做得完善、廉价,氢气的生产、运输和储存都会是一个比电动车充电烦恼得多得问题!
二、超级电容:
1.宏观上提高电容器内的电场强度,涉及两个问题:
1)单位面积上电荷密度,这受到材料的原子之间的结合力的限制,目前人类实用的金刚石是的原子之间的结合力是最大的,如果每个金刚石的C原子带一个电荷,那么相邻原子上的电荷斥力将远远大于金刚石的C原子之间的结合力,这导致,不可能实现每个原子上都带上电荷,只能相距几十上百个原子上才能带一个电荷,因此,金刚石表面电荷的密度不可能大到相邻原子的电场强度的水平。
2)撇开上面电荷之间的排斥作用不谈,电容器极板之间的距离则在原子距离10的6次方以上量级,要提高两个极板之间的电场强度,必须提高介电常数,这个常数得在10的6次方以上,目前,美国的最好的值也不到10000,相差100倍以上。
2.超级电容器在通电的几秒内,电流会非常大,对整流部分冲击很大,正常的超级电容器充电过程是先恒流再恒压,或者就是恒流充电,到电压上限时就停止,而且上电瞬间的恒压大电流充电,对超级电容器的电极来说是致命的。超级电容器不能够说是与电池类似,目前,超级电容器从储存电荷的原理上,分为双电层电容器和赝电容型电容器。双电层电容是依靠电荷吸附储存电荷,而赝电容是依靠表面的氧化还原反应储存电荷。对于双电层电容器来说,与电解电容很相似,目前主流的电极材料就是活性炭。而赝电容超级电容器除了有双电层电容的效应以外,还有发生在表面的电化学反应,一般比较常见的就是钴镍锰的氧化物、硫化物,这个比较类似于电池材料,但也有不同,电池材料储能是在体相中发生,反应程度比较深,而赝电容是发生在表面或者体相中的二维平面上,反应程度很浅。这两种形式的电容器,各有利弊,对于双电层来说,它的充放电电流可以比较大,充放电速度比较快,循环寿命比较长,缺点就是它的能量密度比较小。而赝电容型超级电容器,它的优点是能量密度比较大,但由于存在电化学反应过程,电荷传递阻抗比较大,所以它的功率密度比较小,充放电电流不能太大,否则电极材料容易出现不可逆的晶型转变,所以赝电容电容器的循环寿命比较差。
3.超级电容快速充电需要解决电网冲击问题。
4.超级电容需要解决快速充电发热问题。
结论:现有技术无法实现超级电容大容量和快速充电问题。
三、金属空气电池:
放电功率低,能效较低。最主要的是:金属空气电池同样需要换电;
四、快速充电:
动力电池是新能源汽车的心脏。尽管目前国家大力推广电动汽车,但是续航里程短、充电时间长等短板,依旧阻碍着电动汽车大量进入寻常百姓家,因此被寄予厚望的“新材料之王”石墨烯总是话题不断。
鉴于石墨烯可能存在的突出性能,近年来关于石墨烯应用的消息总能引发关注,如此前媒体广泛报道的“充电8分钟,行驶1000公里”。
1.行驶1000公里大概需要180千伏安时(度),按理论最高的充电效率95%计算,电池发热为180*1000*3600*5%=32400000焦耳,意味着把324公斤水提高100度,金属比热小,提高的更快!仅这一点,目前技术无解。
2. 需要解决电网冲击问题。
3. 快速充电严重缩短电池寿命。
结论:现有技术无法实现电动汽车动力电池在短时间内快速充电问题。
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