電動車電池安全問題解讀

2020-08-24   租點動力

什麼是純電動車發展道路上的絆腳石?這個問題的答案不只一個,但眾多答案當中,有一個最受到大家的重視,那就是電動車的安全問題,因為它和我們的生命安全息息相關。而在眾多影響電動車安全的問題當中,電池安全最棘手、影響也最大,於是這一次我們打算追根溯源,從動力電池的發展、現狀、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。

本期我們將帶您回到中世紀,看看電池是如何誕生的,作為驅動車輛的能源,它又經歷了什麼,從什麼時候開始,它變成了「危險份子」?

電池的起源

如果這世界上真的有時光機,那讓我們回到1786的一天,在義大利一個潮濕、充滿腥氣的解剖室當中,來自義大利的解剖學家Luigi Galvani(伽爾瓦尼)和他的助手正準備解剖一隻死青蛙。當他雙手舉著手術刀,碰觸到青蛙的腿部時,青蛙的腿部肌肉抽搐了一下。

電池的起源

Battery

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家,他受到班傑明·富蘭克林的啟發,多次實驗論證,產生電流的並不是青蛙的肌肉,而是一些液體和兩塊異質金屬。儘管伽爾瓦尼的結論並不準確,但從他開始,人們就開啟了一系列對可儲存電能的研究。

可能是伏特太過於沉迷於掌聲,他並沒有深入對這些電化學反應進行研究,電流產生的基本原理,他並不知道。正如在發明了罐頭之後很多年人們才發明了開瓶器一樣,很長一段時間內,人們並不知道電堆產生電的原理。

實際上「伏特電堆」的銀片和鋅片就是後來我們說的電池的正負極,而鹽水浸濕的紙片就是後來的電解質。當時的科學家對化學電池進行了多方面的嘗試,人們發現在電池產生電的同時,還會出現很多氣泡(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、因為電解質使用的是硫酸,所以還有搬運不方便的問題存在,於是1888年,化學家卡斯尼爾將澱粉加入電解質中,製成漿糊狀,從此這類電池就被成為「乾電池」。在這裡需要說明一下,現在動力電池當中的電解質也是漿糊狀的,但為了和固態電池當中固態的電解質區分,我們也通常將前者叫做電解液。

隨後鎳鎘、鎳鐵電池被發明出來,但由於當時這些材料比其它蓄電池的料貴得多,因此實際應用受到了阻礙,但這也讓鎳這種正極材料體系的電池開始進入了人們的視野。之後科學家對電池的研究,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。

電動車發展路上

伴隨著不安全

早期的電動車風靡了很短暫的一陣,由於當時用作動力的鉛酸電池體積大、質量大、能量密度小,電池重達1200磅,進行維護的時候需要將其整個取下,且在電池的底部會形成沉澱物,不定時清理容易造成短路,硫酸等電解液會流出,造成中毒或發生爆炸。汽油車的先驅Charles Duryea查爾斯·杜里埃曾開玩笑地說:「一組電池比一座全是病人的醫院還難伺候」。當時的電動車沒能發展起來還有一個重要的原因,當時電動車依然是貴族的工具,因為歐洲很多地方家裡還沒有通電。

EV1使用的是鉛酸電池組,續航僅為96公里,鉛酸電池續航能力差也成為電動車不能逾越的一道坎,儘管隨後通用使用了鎳合金電池組代替鉛酸電池,但續航里程僅達到260公里,和汽油車沒法比,且電池裡的材料造價不菲、污染嚴重。

福特也曾嘗試使用鈉硫電池當作動力電池,它的續航能力是鉛酸電池的三倍,但這種電池在實驗室中頻頻起火,最終沒能應用到量產車上。雖然純電動車型的發展受到了阻礙,但油電混合動力車型在這個階段有了一定的發展,鎳氫電池也是在這時被廣泛使用,它穩定性高、耐過充過放,即便能量密度低,續航里程少,但由於車型不單單是靠電力驅動,因此它的缺點也能被人們所接受。

車用動力電池從誕生起就一直在循環性能、成本、安全性、能量密度、容量這幾大方面尋找平衡點。實際上不僅是車用動力電池,這幾大方面甚至貫穿了整個電池發展200多年的時間,人們在互相拉扯、選擇之間推動著事物的發展,可以預見的未來是我們還將在這些方面不斷探索和前進,作為車用動力電池來說,如何達到最完美的平衡,需要的可能是我們全人類的努力。