电动车电池的开发现状及展望

负极都是液态钠， 电解质都是β″Al2O3 ， 不同的是正极由分散在NaAlCl4 熔盐中的固态Ni 和NiCl2构成， 取代了Na2S 电池中的液态S 和多硫化钠。其工作温度为270 ℃~350 ℃， 属于高温蓄电池。其性能除具有Na2S 电池相同的高能量密度， 高转换效率， 无自放电等特点外， 还具有比Na2S 电池更高的开路电压（2. 58V） ， 较宽的工作温度范围（270 ℃~350 ℃） 并在制造过程中免除了液态钠的操作麻烦（电池装配时是放电态NaCl） ，提高了安全可靠性。

　　ZEBRA 电池的表达式为：

　　至今已设计了3 代ZEBRA 单电池：

　　第1 代型号为SL ， 于1994 年中试生产至1996 年底，共生产134 000 只单电池作为台架、试车及安全评估试验，缺点是峰值功率低（70W/ kg） 。

　　第2 代型号为ML ， 改进后功率达150W/ kg ，1996 年在EVS213 宣布研制成功并生产6 000 个电池用于各种试验。

　　第3 代1997 年在EVS214 宣布， 功率》 250W/kg ， 比能量》 100W·h/ kg.

　　表10 是用第2 代ML 型单电池组装的Z11 型电动车电池组（299V， 96A ·h ， 28. 7kW·h） 与USABC中期目标性能的对照。可以看出， ZEBRA 电池已达到中期目标， 个别项目还超过指标要求。其中初始生产价格虽然还达不到指标， 但因该电池的材料成本只占售价的20 % ， 因此大量生产后的降价余地较大据估算， 生产量达30 万组电池时， 价格即可降至150 美元/ kW·h.另外该电池虽然自放电很低几乎为零，但由于电池组工作温度高，停车时的热损失以及启动时需要长时间加热等缺点， 使该电池只适用于经常运转的车队车辆，不太适合于私人小轿车。

　　表10 ZEBRA 电动车电池组性能与USABC中期目标比较

　　至今， ZEBRA 电池已有多年的路试历史， 目前仍有300 多个电池组在进行台架试验及路试。近百辆用ZEBRA 电池装备的电动车已有累积2000 000km的行驶里程， 其中部份试验已超过5 年， 个别车还创造了实际路试100 000km电池无故障的记录。

　　1. 5 质子交换膜燃料电池（ PEMFC）

　　PEMFC 的优点是以固体物质（聚合物膜） 为电解质， 易操作无腐蚀， 结构紧凑， 耐冲击振动， 工作温度低（80 ℃） ， 易常温起动， 具有比其他类型燃料电池更高的功率密度， 比蓄电池电动车行驶距离长。90 年代以来成为各发达国家竞相开发的电动车用电池。加、美、日、德等国处于领先地位，其中以加拿大巴拉德（Ballard） 公司（BPS） 最先进。迄今加拿大的BPS 公司已开发了3 代PEMFC 电动车电池［9 ］ ：

　　第1 代： PEMFC 电堆MK5 ， 单体平均工作电压0. 57V 时可输出功率5kW， 功率密度为150W/ kg ，150W/ L ， 24 个电堆构成PEMFC 电池发动机用于1993 年世界第一辆PEMFC 电动公共汽车， 总功率43kW， 车长9. 8m， 载客20 人， 一次加燃料行驶160km，起动时间20S ，时速48km，最高时速72km.

　　第2 代MK513 ， 单体平均工作电压为0. 58V时可输出功率13kW，功率密度300W/ kg ，300W/ L ，20个电堆串联构成总功率200kW以上的PEMFC 发动机， 相当于常规公交车所装柴油机功率并占有与柴油机相同的体积。不仅提供行车动力而且提供照明， 空调用电。以存放于车身顶部的高压贮氢为燃料，氢瓶压力21MPa ，一次加燃料可行驶400km，载客60 人，最高时速95km.

　　第3 代MK7 ， 单体平均工作电压0. 68V时可输出功率32. 3kW，功率密度700W/ kg ，1 000W/ L ，已满足并超过汽车制造商、美国能源部及PNGV（ Partnership for a New Generation Vehicle） 所确定的研制目标。

　　目前，美、日、德等国大汽车公司都致力于PEM2FC 电动车的开发，而且几乎都是用加拿大BPS 公司开发的PEMFC 电堆，实用化PEMFC 电堆水平如下：

　　（1） 用纯H2 为燃料： 70kWBPS/ Daimler2Benz 电堆，正在进行车上试验， （NECAR 4 ， 4 座小轿车） ，采用7kg 液态H2 ，可行驶450km，效率36 %.这是由于使用液态H2 必需有一定泄漏量。实际PEMFC 电堆的性能是0. 7kW/ kg ，1kW/ L ，转换效率65 % ，系统效率45 %~50 %.

　　（2） 用重整气为燃料30kWBPS/ GM电堆， 达到水平为0. 3kW/ L ， 0. 25kW/ kg ， 使用甲醇转化氢，含CO 15 ×10- 6 。

　　（3） 低Pt 载量10kW MTI（美国机械技术公司）电堆， Pt 载量0. 17mg/ cm2 ， 纯H2 为燃料， 演示性能850mA/ cm2 ，0. 6V;功率密度0. 25kW/ kg.

　　PEMFC 电动车的演示成功， 说明在技术上已取得突破， 性能上已可与燃油汽车相比。目前商品化的障碍是价格及氢源问题。为此PNGV拟定了技术及价格目标：

（1）