能杰电源邓中一:镍锌电池替代铅酸电池的优势

来源:新浪财经     2012年12月29日 11:04:32  二维码   
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“2012中国高新技术论坛”分论坛“低碳技术与新能源发展峰会”演讲嘉宾能杰电源系统(深圳)有限公司首席运营官邓中一。

能杰电源系统(深圳)有限公司首席运营官邓中一博士

各位领导,各位嘉宾,大家上午好,非常感谢主办方给我这么好的机会,向给大家介绍镍锌电池技术,及其他在混合动力电动车、储能方面的运用。

现在最流行的是锂电池,在座各位至少每个人身上有一块,因为手机上的电池就是锂电池,市场上销售最多的电池是什么?大家对这个答案可能又会猜是锂电池,实际上是铅酸电池,因为铅酸电池用在车上面,每个车都有启动电池,启动电池就是铅酸电池,储能方面用得最多的是铅酸电池,为什么?一个铅酸电池用得最久,到现在已经有153年的历史了,尤其跟汽车结合的时间也是最久的。第二铅酸电池的成本可能是最低的,下面我的PPT里面有这方面的介绍。

今天讲大家不太熟悉的电池体系,镍锌电池,镍锌电池是不同的化学体系。其实这个电池是老的电池体系,最早爱迪生在100多年前就用这个电池体系。但是镍锌电池在可充电电池方面有一个最基本的问题,就是他的新溶解或者是新,能杰公司用了11年时间用在研发方面,投1个亿美元,到现在位置基本上解决了新的溶解或者新的支解问题。这方面能杰公司有80个专利,电解方面的专利还有充电技术方面的,电池的设计与生产这方面的专利。在中国的锂电池可能有将近上万个专利,但是我要说中国的锂电池技术基本上没有核心专利,所有的核心专利都在国外,镍锌电池技术关键的专利能杰公司都有,如果其他地方也有其他的专利,其他的专利都是边边角角的专利。所以发展新的技术,专利是相当重要的,知识产权非常重要。

不同电池的功率密度的比较。市场上比较多的是铅酸电池,铅酸电池的功率密度和能量密度非常低,但是优势就是成本也低。第二是镍锌电池,大家不是很熟悉了,锂电池的能量密度是最高的,在我的比较里面,它的功率密度和镍锌的功率密度可以相比。从成本方面来考虑,铅酸电池是最便宜的,镍锌电池的成本比锂电池要低,比铅酸要高。如果大规模的生产,可能考虑到寿命之间,整个寿命周期来比较,可以跟铅酸相比,下面我有一些实验数据可以说明这一点。

根据镍锌电池的特性,镍锌电池用在那些对功率要求比较高的电池体系,在应用方面比较有优势。对能量密度要求比较高的地方,镍锌没有优势。但是在混合动力或者是风光能、储能方面的应用,镍锌具有非常明显的优势。

另外一个问题,如果我们用到车上,用到储能方面,这个用量是非常巨大的,一个不能回避的问题,电池的回收,锂离子电池回收是比较难的,回收起来没有用。铅酸电池污染很重,但是在全球来讲回收是最好的,镍锌电池回收价值非常好,有90%可以回收,镍和锌都可以回收,没有铅,也没有稀有金属。镍氢用得比较多,但是有一个问题,在正级是镍,负级也是镍。里面还有一些稀土金属,我们都知道这个涨价之后,使得镍锌电池在成本方面没有优势。

另外现在市场上有一个启停微混车,一定是电池推动这个车,其实启停微混电池对车的驱动不做任何工作,只是车停下来,所有的汽车里面的功能都由电池来提供。这里有一个什么问题?欧洲到2015年实行环境方面政策,每公里每辆车释放的二氧化碳是什么?130克,2020年欧洲的标准是90克,现在据我所知,所有1.4升以上的车,没有哪一个车达到130克的,欧洲最好的车也在这个范围之上2015年如果达不到这个标准,欧洲的处罚条件是每克90欧元,作为车厂来讲这个处罚是相当严重的。所以车开的时候,特别是高速公路开车的时候每公里释放二氧化碳比较少,如果停在那里,发动机开着,这时候释放的二氧化碳很多,如果用上启停微混系统,基本上可以达到欧洲的环保要求。从这个市场来讲,启停微混将会在未来几年巨大的发展。其他相应的纯电动有一些发展,但是幅度远远没有启停微混车的发展那么大。为什么?因为启停微混是以比较小的投资渠道,比较大的节能减排的效果。

(图)这是中国北美、欧洲这三方面车的市场情况。简单的经济原因使得启停微混市场会发展很快。在中国其实未来肯定是这样的,据说现在北汽已经开始做启停微混车了,目前来讲主要用的是铅酸。在全世界范围里面,据我所知,法国的标志,雪铁龙用得最多,大概生产120万部启停微混,目前他们用的体系还是铅酸加上超电容,铅酸的功率还是有问题,但是他们现在正在改变这个方案,这个方案成本比较贵,因为有两个体系,准备用一个电池体系,用一个电池体系铅酸可以提高,但是铅酸提高,实际上有一定的限度,因为有150多年的历史了,尽管现在有所提高,但是空间比较少。第二采用镍锌电池是一种方式。还有采用锂电。假如镍锌比铅酸相比,从体积、能量、密度、寿命时间铅酸电池和镍锌的差距还不小。

这是微混车对电池性能的要求,充电接受能力是非常重要的要求,刚才我讲了启停微混电池对车的驱动不起任何作用,但是一旦车停下来,电池提供所有的功能都靠电池来提供。假如在交通灯特别多的问题,特别塞车的地方,这个地方跑5分钟,停10分钟,对电池的要求是电池的能量密度要比较高。还有第二个要求,假如这个电池的能量密度比较高,还有另外一个功能,也要求充电能力比较好,应用就比较好。铅酸充电的接受能力比较低,特别是在温度比较高的时候,如果在50度左右,铅酸电池接受充电的能力大概是0.1C,就是用10个小时才充满,铅酸在汽车里面一般是60安时,你想想最多能够接受6安时至10安式的电力才行,否则大了以后就不行。一般的发动机分布电流大概是多少?150安,大部分的电能都浪费掉了,但是镍锌有这个能力,全部接受起来,因为只要20分钟,就是3C的充电速度,是20分钟把电池冲满,这两方面的原因使微混车的应用,这个电池是非常合适的电池。当然还有高低温的情况。第二个非常大的优势,在温度范围非常宽,在零下20到零上60度都可以用1C充电,一个小时充满电。铅酸要用10个小时,镍锌只要1个小时。如果交通灯繁忙的地方,5分钟可以接收10倍的电能,下一步停车的时候有足够的能量解决汽车停下来的所有功能提供。

在启停微混车里面测试标准,现在全球各家有各家的测试标准,一个比较普遍的接受标准是日本电池协会提出这样的标准,是45安时放电50秒,300安时放电1秒,这主要是启动汽车的时候,把钥匙一转,就是分支电量,接下来就是充电,做了3600周这样小的循环之后,把电全部放掉,这是放电、充满电的过程中,要搁置48个小时进行全部的放电,然后又充满。这样的混合标准,测试铅酸电池跟镍锌的比较,右边是铅酸测试数据,这是日本一家做铅酸非常好的数据,他发表的文章里的数据。黑颜色线是普通的铅酸电池。蓝色线是服务业的铅酸电池,红颜色的就是超电池,一般用纳米材料或者是碳材料做出来的,大家可以看出来如果我们车上最低电压是9伏,最好的铅酸电池大概也只能做到6万次左右。用镍锌电池,即使20万次以后,他的电压还在11伏以上。目前车上对电压的要求,有很多的要求不低11伏,大家通过比较可以看出,从寿命整个生命周期来讲铅酸电池用在这个领域跟镍锌比较,谁优谁劣大家可以很快知道,镍锌电池是铅酸电池的三倍以上。

在55度高温之下测试的数据,即使在55度高温条件下,镍锌电池的性能还是非常优秀的。

这是满充满放,55度C底下做,可以达到300赛克,大家认为这个数据不好,锂电池有的时候达到1千次,但那个是在适温底下,这是高温下。最好的铅酸电池大概也是100赛克。

DOD的循环数据,25度C是很平稳的,铅酸电池达到1530圈就可以达到要求。镍锌很容易达到这个要求。

在75度C这个条件下测试的,(左边图),也可以正常工作,锂电池不行,锂电池60度锂岩分解,一分解就不稳定,而且在这么高的温度下效率急剧下降。

欧美有一家公司做铅酸非常好,他评估我们电池的时候,做的数据,这个数据非常有意思的是发现电池下降的时候,加了一点电极,容量马上恢复,我们公司的电池即使能量衰减了,绝对不是新电极的溶解使得不工作了,而是因为电极挥发了,加上电极照样可以工作。

另外测试这个电池,用他们模拟的方法,比如说测试红颜色的那条线,在这个情况之下可以预测这个电池可以工作8年4个月,这个数据是早期给我的数据,现在可能更多一些。最后经过评估,买了我们这个技术,前几年是付专利费,到以后付百分之几的销售。目前正在评估,加上准备怎么样生产镍锌,主要是在储能特别是镍PS应用,取代铅酸很有优势。

这是克莱斯勒在V8pickup的测试数据,我们用的是40安时,其实V8pickup起码是80安时,100%的SOC,对于测试结果他们很吃惊,觉得我们的功率、性能非常优异。在40%SOC的测试之下完全通过piuckup的要求。

镍锌放电性能非常优良,倍率性能,还有非常宽广的温度区间,比如说倍率性能,从0.25C到2.5C这么放电区间,左图在这么不同的温度底下的放电在负20度C和负55度C都可以很好。不同的倍率放电整个容量很小。最主要的特点是他的充电,大家可以看一下充电可以在负20度C到55度C。这是非常优良的,由于有这个性能,在储能,在混合动力车上面非常优良,因为风光靠天吃饭,风很多,储电性能接受能力强的就非常适合储能电池的要求。

在风能以及太阳能这些方面的储存,这个电池也非常优势,因为时间关系,我就不细说了。

powerGenix是一家美国公司,目前主要生产设计开发都在深圳,最近跟中城建成立一家合资公司,合资公司中城建准备在新能源方面发展新业务,powerGenix把镍锌电池作为能源方面的选择之一。由于时间关系。我不细说了。谢谢大家!

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责任编辑:赵卓然
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