动力电池的研究现状及发展趋势

动力电池的研究现状及发展趋势王少龙 , 侯 明 , 王瑞山云南驰宏锌锗股份有限公司 , 云南 曲靖 655011摘 要 世界能源日趋枯竭 , 随着科学技术的迅猛发展和环保意识的日益增强 , 动力电池的研发应用已变得至关重要。文章综述了几种常见的动力电池的工作原理和性能特点 , 讲述了动力电池的应用领域及发展趋势 , 使人们对动力电池有一个全面的认识。关键词 动力电池 ; 工作原理 ; 应用领域 ; 发展趋势中图分类号 TD462 文献标识码 A 文章编号 1006-0308 2010 02-0075-06Research Situation and Developm ent Trend of Power BatteryWANG Shao- long, HOU M ing, WANG Rui- shan Yunnan Ch ihong Zn w ork ing princ iple; app lication fields; development trend当今 , 全球的石油储量仅能供人类使用 40年左右 , 全球石油危机日益严重 , 且随着科技的迅猛发展和环保意识的日益增强 , 因此 , 国内新能源动力电池产业发展势头强劲。动力电池是指具有较大电能容量和输出功率 , 可配置电动自行车、电动汽车、电动设备及工具驱动电源的电池 , 通常也包括军事 潜艇 , 高级智能机器 人等 及企事业单位使用的蓄能电池设备、通讯指挥系 统的常备电源等 [ 1] 。根据动力 电池的使用特 点、要求、应用领域不同 , 国内外动力电池的研发种类大致为 铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、燃料电池。动力电池之所以成为当今世界的研究热点 ,主要由于私家汽车大量增加 , 环境污染日益加剧 ;同时石油资源匮乏 , 迫使世界各国寻找新能源 , 发展新的交通工具 , 因此 , 动力电池和电动交通工具的发展被放在更加重要的位置。1 铅酸蓄电池1 1 工作原理和性能特点铅酸蓄电池 RLAB 的正极为 PbO2, 负极为海绵钛 Pb, 电 解液 为 稀硫 酸 溶液 [ 2] 。其 反应 机理为 正极 PbSO4 2H2O PbO2 3H H SO4 - 2e- ;负极 H PbSO4 2e- Pb H SO4 -总反应 2PbSO4 2H 2O Pb PbO2 H 2H SO4 -铅酸蓄电池使用了近百年 , 是目前唯一大量使用的车载动力电池 , 与其它动力电池相比较有如下优点 具有性能可靠 , 技术成熟 , 价格便宜 ; 大功率性能优异 , 电压平稳 , 安全性好 ; 维护简便或者免维护 ; 适用范围广、原材料丰富 ; 自放电低 , 一752010年 4月第 39卷第 2 期 总第 221期 云南冶金YUNNAN M ETALLURGYApr 2010Vol 39 No 2 Sum221* 收稿日期 2009-12-20作者简介 王少龙 1975- , 男 , 山东龙口人 , 工程师 , 主要从事稀贵金属冶金。般充电后搁置四个月损失 不超过 10 , 回收技术成熟。其规模化应用的主要障碍是能量密度低 , 循环寿命 短 , 质 量 重 , 过 充、 过放 电 性能 差 等 [ 3 ]。但有电池产业专家评价称 , 从时间发展序列来讲 ,铅酸蓄电池不符合未来环保、高效的需要 , 将逐渐被淘汰。1 2 应用领域小型铅酸蓄电池主要用于便携式家用电器 , 如手提式吸尘器、磁带录像机、电动玩具、报警器、应急照明等 , 也大量 用于计算机和 小型不间断电源。中型铅酸电池多用于起动、照明、点火等 , 如汽车、高尔夫车和自动导向车等都用这类电池。而大型铅酸蓄电池也广泛应用于邮电通讯、瞬时备用电源、大型 UPS电源、太阳能和风能发电系统的配套能源 , 在负载调峰用电方面也有较多应用。同时 , 铅酸蓄电池 AGM-VRLA 和 G el- VRLA 在国内主要应用于电动自行车、电动巴士等。1 3 现状和发展趋势铅酸电池诞生于 1860年 , 目前正在开发的电动汽车用先进铅酸蓄电池主 要有以下几种 [ 4] 1水平密封铅酸电池 , 美国 E lectrosour公司开发的。2 双极型密封铅酸电池 , 美国 PLriasR eSearchA ssociates公司与加州喷气推进实验室开发。 3 卷式电极铅酸 电池 , 瑞典 OPT IM A 公司 和美国 EXIDE分别研制。近年来 , 铅酸蓄电池的性能参数大大提高 容量可 1 Ah 20 KAh, 质 量比能 量 30 45W h /kg, 体积比能量 80W h/L, 循环使用寿命约为250 1600次 , 无记忆效应[ 5] 。铅酸蓄电池作为车载动力 , 占有主要的市场。目前全球密封铅酸动力蓄电池的年销售额大约在 110亿美元 , 其中美国 ,日本 , 西欧等发达国家密封铅酸动力蓄电池的比例超出传统的富液式铅酸蓄电池 , 而发展中国家正好相反。并 且 , 铅 酸 蓄 电 池 主 要 用 于 轻 度 混合 的HEV, 电池电压为 36 V, 容量为 50 60 /Ah。在中混合 和 全 混 合 方 面 , ALABC 组 织 了 澳 大 利 亚CSIRO、美国 H aw ker公司对 VRLA 动力电池进行了几年的攻关 , 提出了解决方案 , 并在丰田 Prius、本田 Insight 等 H EV 上 作了两 年多 的道路 运行试验 , 证明性能良好 , 成功用卷绕式 VRLA 电池代替了 MH -N i电池。中国的电动自行车电池几乎全部采用铅蓄电池。 2009年 1 10月 , 铅酸蓄电池累计完成产量同比增长 17 8 , 比 1 9月提高 1 2个百分点今后铅酸 蓄电池应由少维护向免维护方向发展 , 向提高产品的综合性能、绿色环保方向发展 ,特别是提高密封铅酸蓄电池的可靠性 , 使其成为新型 12 V 和 36 V 实用化汽车动力电池。未来市场应对铅酸蓄电池的要求是高起动能力、大容量、高功率、免维护、长寿命、耐高温、高电压等系统。在某种程度上 , 铅酸电池时代可以称得上是电动汽车用电源的起步和过渡阶段。在 2008年 , 国内铅酸电池厂商多年来凭借价格和渠道优势 , 市场已经有了不错的业绩 , 但是它们并不会安于现状 , 在加大研发力量的基础上 , 逐步走向高附加值市场。数据爆炸所带来的对数据中心设备以及对供电系统的压力都是今后铅酸电池发展中需要重点解决的问题 ,铅酸 电 池 技术 也 会更 多 的 向节 能、绿 色的 方 向发展。2 N i- Cd电池2 1 工作原理和性能特点早在 1899 年 , N i- Cd 蓄电 池 就 已发 明 , 于1947年实现完全密化的 N i- Cd 蓄电池 , 一直应用至今。长时间的应用表明 , N i- Cd蓄电池 不失为一种高性能和高可靠性 的蓄电池。如今的 N i- Cd蓄电 池 , 在 发泡 镍 或镍 纤 维 状基 体 上 附着 大 量N iOOH 括性物质作为正极 , 以重金属镉 Cd作为负极 , 一同置入电解液 KOH 溶液 中 , 经密封后构成蓄电池。该蓄电池容器内 , 进行的电化学反应如下 [ 6] 这个电化学反应的特征在于 , 明明看到作为电解液成分的 KOH, 但它并不直接参与电化学反应。由于制造蓄电池时使负极的容量大于正极的容量 ,当过充电时只能看到由正极产生的氧 O2 ; 因为负极残留未被充电部分 , 不产生氢 H 2 ; 由于产生的氧 O2 被 负极吸 收 , 所以可 以实 现密 封。从 N i- Cd蓄电池的电化学反应机理得知 , 它是依靠 OH - 离子快速 移动 , 反 应比铝酸 蓄电池平 稳。因此 , 它的重要特征是放电容量尽管在大电流放电时也不出现低下现象 可维持 1 2 V 端电压 。结晶结构基本上不因充放电而变化 , 使用寿命较长。N i- Cd 蓄电池的质量比能量可达到 45W h/kg,体积比能量 160W h /L, 比功率超过 200 W /kg, 可快速充电 , 循环使用 寿命为 500 1000/次 , 具有记忆效应且 Cd 是有毒物质 , 为铅酸蓄电池的两倍以上 ; 具有良好的大电流放电和低温性能 [ 7 ]。762010年 4月第 39卷第 2 期 总第 221期 云南冶金YUNNAN M ETALLURGYApr 2010Vol 39 No 2 Sum2212 2 应用领域镍镉蓄电池的应用仅次于铅酸蓄电池 , 主要应用于通讯工具、电动工具、数码仪器等仪器 , 如 手电筒、无绳电话、移动电话、对讲机 等通讯设备、电动工具、应急灯、草坪灯、医疗器械、家用电器等领域 , 尤其在电动玩具、电动工具、应急照明。航空碱性镍镉蓄电池是飞机、直升机的机载应急电源。 N i- Cd 蓄电池 大量使用在小型 直升机、歼击机等大型运输机上 , 还广泛的应用于导弹、火箭及军事人造地球卫星的能源系统 [ 8 ] 。2 3 现状和发展趋势N i- Cd 蓄电池由于镉的污染 , 目前欧盟各国已禁止用于动力电池。 N i- Cd蓄电 池的性能也不断的提高 , 其容量已由 20世纪 70年代的 50 mAh提高到 900 1 000 mAh。目前欧美等各国已将镍镉蓄电池应用到航天事业 , 现在中国已将应用到军事和民航 35个机种的数百架飞机以及中国自制研制的 直九 系列。自 70年代开始也将全密封式镉镍蓄电池应用到研制航天事业中 , 且应用于国内第一颗中低轨道的太阳同步轨道卫星 FY- 1电源系统。经过近 30年的艰苦研制 , 研制的卫星用镉镍蓄电池 组相 继发 射成 功 , 已 经为我 国 16颗 卫星飞船 研制了贮能用镉镍蓄电池 , 为我国航天事业的发展作出了贡 献 [ 9] 。而且 , 镉镍蓄 电池也已进入国际航天市场 , 已成功应用于 瑞典 FREJA 卫星和 OD IN 卫星。迄今已经形成一个完整的航天全密封镉镍蓄电池单体产品系列 , 满足了我国备类卫星和飞船研制的需要。镉镍蓄电池作为空间飞行器电源系统主要的贮能装置 , 占据着空间贮能电源的主导地位。我国至今发射的所有长寿命卫星 6个月以上 主贮能电源都是选用的镉 镍蓄电池 , 神舟飞船也是选用镉镍蓄电池作为贮能电源的。目前 N i- Cd 蓄电池正向两个方向发展 1向高比容量方向发展 , 与镍氢电池、锂电池争夺市场 ; 2 向低成本方向发展。但镉的污染问题严重制约了它的发展。所以世界各国建议将逐渐取代镍镉蓄电池的地位。3 镍氢电池3 1 工作原理和性能特点镍氢电 池 N i-MH 电池 , 镍金 属氢 化 物电池 和同体积 的镍 镉电 池相 比 , 容 量增 加 一倍 ,充放电循环寿命也较长 , 并且无记忆效应。镍氢电池以金属氢化物为负极活性材料 , 以 N i OH 2 为正极活性材料 , 以氢氧化钾水溶液为电解液。其充放电机理为 充电时由于水的电化学反应生成氢原子 , 立即扩散到合 金中 , 形成氢 化物 MH , 实现负极贮氢 ; 镍电极活性物质 N i OH 2 释放出一个电子 , 变为充电态的 N iOOH。而放电时 氢化物分解出的氢原子 又在合金 表面氧化 为水 , N iOOH吸收一个电子还原为 N i OH 2, 镍氢电池在充放电过程中的电化学反应如下 [ 10 ] 正极 N i OH 2 OH - N iOOH H 2O e- ;负极 M xH 2O xe- MH x xOH -电 池 的 总 反 应 M xN i OH 2 MH x xN iOOHN i- MH 电池具有以下特点 比能量高 , 是 N i-Cd 蓄电池的 1 5 2 0倍 , 大约在 60 80W h/kg;工作电压 1 2 V, 与 N i- Cd蓄电池相同 ; 可快速充电、放电 ; 体积比能量 130 170W h /L; 循环使用寿命 500 1 000/次 ; 可以取代有毒、废电池难以处理的 N i- Cd 蓄电 池 , 被 誉为 绿色 环保 电池 ; 具有大容量、大功率的驱动型电池 , 同时又是一种物质 活性 较强、容 易外逸、封 装技术要求很高的电 池。规模化应 用的主要障碍 是成本高 , 高温性能较差等。3 2 应用领域N i- MH 电池的应用较为广泛 , 凡是应用 N i-Cd蓄电池的领域均可使用 N i- MH 电池。这些 N i-MH 蓄电池可装配成多种电池组 , 可以满足电子设备日益增长的便携性需求。例如 , N Mi H 蓄电池非常适合于大电流放电需求 , 如便携式打印机、医疗设备 , 远程通信设备 , 军用电子、笔记本电脑和数码 AV 机器 数码相机、数码摄像、数码音频播放机 等 , 都可应用 N i- MH 蓄电池。应用前景限定在不严格计较重量的重负载应用领域 , 例如混合电动车辆 hybrid electric vehicles、电动车辆、军事野营、抗灾 水灾、地震等 现场用电等 方面将发挥出不可替代的重要作用 [ 11 ]。3 3 现状和发展趋势镍氢电池于 1988年进入实用化阶段 , 1990年在日本开始规模生产 , 此后产量成倍增加 , 镍氢蓄电池得到迅速发展。椐日本野村综合技术研究所统计分析 , 早在 1997年时 , 全球小型蓄电池市场规模已突破 5 000亿日元大 关 , 锂离子蓄电池 LIB 拥有 2 000亿日元以上的市场 居第 l位 , 古老的镉镍蓄电池约占 1 800亿日元 已由统治地位跌落到第 2位 , 镍氢蓄电池维持 1 200亿日元左右 居第77王少龙 , 等 动力电池的研究现状及发展趋势3位 [ 12] 。中国的镍氢电池研究处于世界前列 , 目前国家科委已将镍氢蓄电池作为重点项目 , 很多公司企业正在筹备生产镍氢电池。美国和荷兰都对能吸藏 氢的 台金 MH HYdr ogenStoring alloy m eta1开展研 究 , 并试图用 于开发蓄电池。世界上出现N i- MH 蓄电池商品是在 20世纪 90年代初 , 发展却十分迅 速。实 践证明 , 通过 适当组 合 La、 Ce、Pr和 Nd 等稀土元素能形成吸藏氢的合金 MH, 它所能释放吸藏的氢 H 2 量相当大 , 例如 , 1 m L的液体氢能变成 784 m L的氢气 而 1 mL 体积的吸藏氢的合金 MH 却能释 放出 1 000 m L的氢 气。目前的研究重点主要是贮氢合金 A 侧混合稀土中各组元的相对含量、合金中杂质元素的影响、合金和电极的表面预处 理研究等 方面。另 外 , B 侧 中的元素Co由于价格昂贵 , 虽然含量不足 10, 所占约材料的 50 , 寻求代替元素进一步降低成本的研究工作仍在进行不懈的努力。日本从事电动汽车用 N i- MH 电池开发的代表性厂家为松下 公司和丰田公司 , 美国的 Ovon ic公司和美国 USABC 美国先进电池联合体 也正在积极开发研制 N i- MH 电池。 N i- MH 电池优越的性能极具吸引力 , 除了技术不太成熟外 , 比其它电池更具发展潜力 , 所以很多厂家正在研发 N i- MH 电池 , 它是电动汽车发展中期目标的主要能源之一 ,具有很大的发展前景。今后 N i- MH 电池的研究方向是使其寿命进一步 延长 , 改善其 低温和高温性能。 2009年 1 10月 , 碱性蓄电池累计产量同比下降 20 6 , 比 1 9月收窄 1 1个百分点。4 锂电池4 1 工作原理和性能特点锂电池最早出现于 1958年 , 20世纪 70年代进入实用化。 20世纪 80年 代趋向 研究锂 离子电池 , 以后就日益发展。目前锂离子电池中已经投产的有液体锂离子电池 L iB 和聚合物锂离子电池PLiB 两种。锂离子电池 的正极材料有 L iCoO2、L iN iO2、 LMi nO2、 LiN ix C o-1x O2、 LiN i1/ 3Co1 /3M n1 /3O2、 L iF ePO4。等化合物 , 负极材料一般采用能嵌入锂的石油焦碳、纯石墨和层状混合碳等材料。充放电的化学反应式为 [ 13 ] 充电 LMi eO L i1 - x M eO x L i xe- ; C6 xL i xe- L ix C6放 电 L i1 - x M eO x L i xe- LMi eO;L ix C6 C6 x L i xe-锂与适当的正极材料匹配构成的锂离子电池 ,与铅酸蓄电池、 N i- MH 电池相比有以下优点 具有能量大、密度高 , 达到 160W h/kg, 是 N i-MH电池的 2倍 , 铅酸蓄电池的 4倍 , 目前报道的最高比能量可达到 180 W h/kg; 循环使用寿命长 500 1 000 /次 ; 无 污染 , 电 池材 料没有 有毒物 质 ;工作温度范围宽约 - 40 70 ; 无记忆效应 , 储存时间长 可 达 10 15年 ; 工作电压高 , 单体可达到 3 6 V, 是 N i-MH 电池的三倍 ; 体积 小 , 重量轻 , 体积能量密度可达到 340 W h /L, 相比在同容量下的体积比 N i- MH 电池小 30 , 质量是铅酸蓄电池的 1 /4。锂电池的缺点是大容量和高电压串联使用的安全性问题 , 这正是目前国内外锂离子电池的研发重点。另外一点是价格高 , 但是 已与 N i-MH 电池接近 , 并且还有较大的下降空间[ 14 ] 。4 2 应用领域由于锂 离子电池的优点 , 目前锂离子电池的发展势头极 为迅猛 , 已应用笔记本电脑、移动电话、录像机、小型医疗保健设备、卫星电话、摩托车、自行车、照相 机等领域 , 锂离子电池在电动汽车、航空、航天、航 海和军事领域的应用研究也正在积极开展。目前由 于国内矿难爆炸事故 中 , 有 80 是由于矿灯打火 , 因此 湖北省武汉市现代能源科技有限公司开发了新型锂聚 合物锂离子动力电池 矿灯 [ 15] 。4 3 现状和发展趋势近年来 , 随着一些无人电子装备 如无人水下航行器、无人机 、电动工具、电动汽车等发展的需要 , 其动 力核心蓄电 池正受到 越来越多 的关注。而锂离子电池以其高比能量、长循环寿命、自放电小、无记忆效应和绿色环保等优点备受青睐。日本索尼公司生产的锂离子电池在性能上和品种上已经具备相当高的水平。该公司生产的圆柱型单体电池分为高能型和高功率型。其中高能型电池的比能量为 110 W h /kg, 80 DOD的比功率 300 W /kg,充放电次 数 1 200次。高功 率型 的 圆柱 电池 80DOD 的比功率高达 800W /kg, 法国萨弗特公司的圆柱型单 体 锂离 子 电池 比 能量 达 到 143 W h/kg,80 DOD 的比功率为 345 W /kg, 德国瓦尔塔公司也在研制高能量密度型和高功率密度型电池。高能密度型电池为方型 , 容量为 60 Ah, 比能量为 115W h /kg, 使用寿命 900次 100 DOD. 随着技术的发展 , 锂离子电池的性能指标将会越来越高。目前锂动力电池最热门的应用是电动汽车 [ 16] 。当前许多世界著名汽车厂商都致力于开发纯电动汽782010年 4月第 39卷第 2 期 总第 221期 云南冶金YUNNAN M ETALLURGYApr 2010Vol 39 No 2 Sum221车 EV 及 混合动力汽车 HEV , 而 大部分采用的是锂动力电池。特别是我国 863新能源汽车重大专项的实施 , 更是把我国的锂动力电池行业推向了行业前沿 , 为锂动 力电池展开了 广阔的市场前景。按照我国新能源汽车的发展目标 , 到 2012年 ,国内的新能源汽车年产将达到 100万辆以上 , 对锂动力电池的需求将达 5000兆瓦时以上。在 2009年的上海车展上 , 国内 不少厂家都推 出了锂动力汽车 , 其中 BYD 的 E6 采用高安全性磷酸铁锂材料 ,将在 2009年年底上市。此外 , 我国作为自行车大国 , 电动自行车用锂动力电池也在国内有着非常大的市场应用前景。除了民用领域 , 在航天及军事应用中 , 锂动力电池也有广阔的前景。锂离子电池一直被称为第三代航天电 源 [ 17] , 世界各国都对锂离子 电 池 在 空 间 领 域 的 应 用 进 行了 研 究 和 评 估 ,NASA、 ESA、 JA XA 都已经进行了多年的工作 , 并由英国在 STRV- 1d小型卫星上首先使用了锂离子电池作为贮能电源。我国在 2008年发射的神七伴星也采用了锂离子电池作为贮能电源。目前 , 全世界已经有 20多颗卫星采用了锂离子电池作为贮能电源 , 计划采用锂离子电池的有 10多颗 , 而随着锂离子电池的材料和技术的成熟 , 将会有更多的航天器采用锂离子电池作为贮能电源。当然 , 锂动力电池的使用还是存在一定的问题的 , 主要是昂贵的价格和 娇气的性格 由于不能承受过充过放而需要复杂的管理系统进行充电和维护 , 特别是电池容量大 , 串并联只数多的情况下 , 这一问题更为突出。但相信随着 L iFePO4、 Li4 T i5O12等一系列长寿命、高安全的锂离子电池材料的推广应用 , 电源管理技术的日益成熟 , 锂动力电池必将在不久的将来发挥更大的作用。今后的研究重点 开发高性能材料 ; 创造电极与电池制备的新工艺 ; 解决聚合物电解质和固体电解质电池的理论与技术难题 ; 将小型化电池过度到电动车辆电池的开发中去。5 燃料电池5 1 工作原理和性能特点燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置 , 即它是通过电极上的 氧化 - 还原 反应是化学能转化为电 能。燃料电池 通常由 3部分 组成 , 即阳极、阴极和电解液 , 阳极为燃料电极 , 在催化剂作用下发生氧化反应并输出电子到外电路。阴极在催化剂作用下发生还原反应 , 并从外电路接受电子。电解液用于传递燃料反应的离子和电子。其反应过程为 [ 18] 阴极 H 2 2OH- 2H 2O 2e- ;阳极 H 2O 12O2 2e- 2OH-总反应 H 2O 12O2 H 2O燃料电池是一个能量生成装置 , 并且一直产生能量 , 直到燃料耗尽。它的优越性在于高效率的把燃料转化为电能 , 工作安静。以纯氢为燃料时可以实现零排放 , 燃料补充迅速 , 并且燃料容易获得。缺点是现在的应用技术还需要进一步的提高 , 还存在一定的安全 问题和价格问题。与普通的 电池比较 , 燃料电池 不需要充电 , 它没有复杂的 运动结构 , 生成物主要是水 , 因此运行平稳且无污染。因而燃料电池具 有高效率、装 备质量轻、清 洁无污染、无需充电、工作可靠、寿命时间长等优点 , 十分适宜于汽车上的使用 [ 19 ] 。5 2 应用领域燃料电池近几年来的应用与 发展逐渐开花结果 , 不但提升了供电性能 , 其应用亦已深入至人们每日的食衣住行。小至行动电话、冰箱、空调、电视机、微波炉、膝上型计算机等 ; 大至航天飞机、高楼大厦、发电厂等都有燃料电池发挥的空间。总之燃料电池可 用于移动电源、电动汽车、洁净电站、宇宙飞船和太空基地等各个方面。5 3 现状和发展趋势在此依各种不同的应用 , 将燃料电池分为以下几种类型 [ 20] 。1 固定式发电。目前全世界已有超过 2 500个燃料电池发电系统正在运作 , 供应医院、疗养院、旅馆、办公大楼、学校、机场及发电厂等之主要或备援的电力。2 住宅用电。燃料电池技术用于重要地区之高压输配电线路网的辅助电力或备用电力 , 或是用在独立于电力网之外的偏远地区或电力电缆难以到达的现场之电力供应等。此外 , 由于燃料电池运作时几乎无噪音 , 空气污染近乎零 , 而且排放的废热还可以回收用于产生热水及暖气 , 故特别适于家居之应用。现行许多正在测试的原型系统或住宅示范案例 , 均采用原地供应的天燃气或丙烷作为燃料。3 交通运输。所有的汽车主要大厂均在发展燃料电池车辆 Fuel C ellV ehicle, 有的已进入试产阶段。本田 H onda 与丰田 Toyota 汽车均已在美国加州及日本当地开始经营出租 FCV 的业79王少龙 , 等 动力电池的研究现状及发展趋势务。由于燃料载运技术的瓶颈及氢气供应基础建设之不足 , 汽车 业者及专家们大多认为 , 2010年以前 FVC汽车尚无法真正商业化。4 可携式电源。燃料电池可能改变通讯技术的发展 , 为笔记型计算机、个人数字助理器、可携式影音媒体播放器等 , 提供比二次充电电池更长的供电时间。 由于燃料电池具有可微型化的特点 , 未来可应 用于摄像机、可携式工具、低功率遥控装置、助听器、烟火检知器、防盗器及军用品等。目前正值研发阶段的直接甲醇式燃料电池 DM FC是这型应用的主流。90年代以来燃料电池成为各个发达国家竟相开发的电动车电池。加拿大、美国、日本、德国等国家处于领先地位 , 其中以加拿大的巴德拉公司最为先进。由于汽车运行工况复杂 , 如果单独用燃料电池作动力源会导致燃料电池后备功率很大 , 引起重量增加 , 成本上升 , 氢气利用低的问题。所以 ,目前的燃料电池几乎全部采用燃料电池加辅助动力源的混合驱动方案。目前以氢为燃料的电动汽车在性能上已经基本赶上了燃油汽车。但是 , 高成本制约了发展。目前 , 第一代兆瓦级磷酸盐型燃料电池技术相 当成熟 , 已处 于商业化生产 阶段 , 一系列0 05 11 MW PAFC 电池已经通过或正式运行。第二代融熔碳酸盐型燃料电池 MCFC 正在处于研制阶段 , 正由 10 20 kW 向兆瓦级发展。第三代燃料电池 SOFC正积极的研制和开发中。燃料电池将是继水力、火力、核能之 后的第 4代发电装置及替代内燃机的动力装置。燃料 电池作为能源利用的新技术 , 具备高效、洁净等优点 , 已成为当今世界能源领域的开发热点。美日在这方 面处于世界领先水平 , 中国对燃料电池的研究还处于 起步阶段。同时生物动力电池也在加紧研发 , 并且应 用到人类生活中。燃料电池 的商业化所面临的问题是制造成本高 , 此外燃料电池的 寿命和可靠性 也是待解决的问题。6 结 语在现代社会 , 发展无污染 , 大容量、高功率的动力电池指日可待 , 同时在研发车载动力电池方面还有锌空气 电池 [ 21] 、锌 镍电池 [ 22] 、核电 池 [ 23] 和太阳能电池等 , 动力电池的市场前景十分诱人 , 技术成熟。新型动力电池商品化进程主要受技术突破和售价 , 随着材料技术的进步 , 其发展会有很好的市场 , 可以推 断 , 动 力电池 作为 汽车 生命线的重中之重 , 作为新能源汽车的 心脏 , 必将催生出庞大的产业经济效益 , 对电池的原材料供应商和生产商来说都是巨大的商业机会。参考文献 [ 1] 历海艳 , 李全安 , 文九巴 , 等 . 动力电 池的 研究 应用 及发展趋势 [ J]. 河 南 科 技大 学 学 报 自 然 科 学 版 , 2005, 26 6. 35- 39.[ 2] 胡 信 国 , 王 金玉 , 董宝 光 . 阀 控 式密 闭 铅酸 蓄 电池 的 发展[ J]. 电源技术 , 1998, 22 6 256- 269.[ 3] 胡信国 . 动 力电 池的 进 展 [ J]. 电池 工 业 , 2007, 12 2113- 118.[ 4 ] S. T im oshenko, D. H. Y oung, W. W eaver. V ibrati on Problem s in Engineeri ng [ M ]. N ew Y ork. Ch ichester. Brisbane.Toronto, JohnW iley Sons, 1974, Fourth- Ed ition, 479- 480.[ 5] New s. VRLA E sign to H elp E xide, s Fortunes Turn [ J]. B atteryInternationa,l 1999, 7 12- 13.[ 6] 王 耕 . N-i MH 等常见蓄电 池的原理 及其应用 [ J]. 今日电子 . 2002, 2 21-22.[ 7] 王家捷 , 王永红 , 穆举国 , 等 . 航空镍 镉蓄 电池 的应 用前景[ J]. 电池工业 , 2002, 7 5 166- 167.[ 8] Kedm anM, Senyaich S, T akenoutiH. A C om posite E lectrode forStudying Pow ered E lectroactive M aterial Preparations and Performance [ J]. JA ppl E lectochem, 1994, 24 1037- 1043.[ 9] 张 平 , 刘同昶 . 太阳同 步轨道 卫星用 镉镍蓄 电池系 列的研究与 应 用 [ C ]. 中 国 宇 航 学 会 空 间 能 源 学 术 年 会 论 文集 . 2002.[ 10] 李 全 安 , 陈 云 贵 , 王 丽 华 , 等 . 贮 氢 合 金 的 开 发 与 应 用[ J]. 材料的开发与应用 , 1999, 4 3 33-36.[ 11] 吴 锋 . 绿色动 力蓄电 池的现 状与展 望 [ J]. 电 池 , 2002,32 9-11.[ 12] T etsuo Saka,i Ituk i Ueh ara, H irosM Ishik aw a. R D on M etalH ydr ideM aterials and N i-MH B atteries in Japan [ J]. JournalofA lloys and Compeunds, 1999, 293 295 762- 769.[ 13] 李春红 , 季 玲 . 我国锂电池工业发展 现状与展望 [ J]. 新疆有色金属 , 2000, 4 41- 44.[ 14] 钱 恒安 , 形 树佩 . 新 型动 力电 池技 术及应 用 [ J]. 能源技术 , 2007, 44 22 39- 44.[ 15] 刘 立 . 新型锂离子电 池矿 灯研制 成功 [ N]. 黑龙 江国土资源 , 第二版 .[ 16] 戴 永 年 , 杨 斌 , 姚 耀 春 , 等 . 锂 离 子 电 池 的 发 展 状 况[ J]. 电池 , 2005, 35 3 190-196.[ 17] 邱 纲 , 陈 勇 , 李 东 . 电动汽车用动力 电池的现状及发展趋势 [ J]. 辽宁工学院学报 , 2004, 24 2 40- 43.[ 18] 邓隐北 , 蔡 桓 . 应用于电动汽车的新 型动力电池 [ J]. 江苏机械制造与自动化 , 2000, 2 33- 35.[ 19] 牛慧贤 . 真空技术及设备在动力电池制 造中的应用 [ J]. 真空科学与技术学报 , 2006, 26 5 392- 396.[ 20] 张文保 . 电动自行 车用 电 池和 燃料 电池 现状 [ J]. 电 池工业 , 2004, 9 4 189- 193.下转第 90页 802010年 4月第 39卷第 2 期 总第 221期 云南冶金YUNNAN M ETALLURGYApr 2010Vol 39 No 2 Sum221表 5 方法的回收率及相对标准偏差Tab 5 Recovery and relative standarddeviation of this m ethod样品号 待测元素测定 值/ g mL - 1 加标量/ g mL - 1 测定总量/ g mL- 1 回收率/RSD/2- 8样La 0 45 0 5 0 94 98 00 0 84La 0 45 1 1 48 103 00 0 50C e 0 91 1 1 88 97 00 0 89C e 0 91 2 2 96 102 50 0 672- 10样La 0 97 1 2 00 103 00 0 48La 0 97 2 2 92 97 50 0 32C e 2 06 2 4 13 103 50 0 50C e 2 06 5 7 00 98 80 0 45从表 5 可 以 看 出 , 方 法 的 加 标 回 收 率 在97 0 104 0 之 间 , 相 对 标 准 偏 差 小 于1 00 , 说明方法具有较好的精密度和准确度。3 结 语实验采用 盐 酸、过 氧 化氢 溶 样 , 利 用 ICP-AES 法测 定锌铝 合金 中的微 量稀 土元 素 La、 Ce,经回收验证 , 该方法简便实用 , 准确度高 , 检出限低 , 测定范围广 , 为工艺研究和生产提供了可靠的数据。参考文献 [ 1] 陆 伟 , 严 彪 . 防腐锌铝合金的研究与应用 [ J]. 上海有色金属 , 2002, 23 4 153-156 .[ 2] 周晓霞 , 等 . 稀土元素在铝合金中的作用和运用 [ J]. 新技术新工艺 , 2003, 4 43- 44.[ 3] 钟建华 , 等 . 稀土对 6063铝合金 组织性能 的影响 [ J]. 表面技术 , 2004, 33 5 27- 29.[ 4] GB /T 20975 24- 2008, 铝及 铝合金化 学分析方 法第 24部分 稀土总含量的测定 [ S].上接第 74页 3 新的 * MAT102 模型与传统的弹塑性模型相比 , 在单元 18495、 46495处得到的温度更加接近文献数据。4 稳定轧制阶段 , 腹板部位的应变最小 , 翼缘部位应变较高 , 腰腿连接部位的应变最大。5 稳定轧制 后 , 翼缘部位金属存 在 内翻现象。参考文献 [ 1 ] 蔡 正 , 王国栋 , 刘相华 . 热轧带钢温度场的数值 模拟 [ J].金属成型工艺 , 1998, 1 39- 42.[ 2] 廖桂兵 . H 型钢 控 制冷 却 过 程应 以 应 变场 与 组织 场 的 研究[ D]. 鞍山 辽宁科技大学 , 2008.[ 3] 朱国明 , 康永林 , 陈 伟 . 轧制 过程弹 性辊三 维热力 耦合仿真分析 [ J]. 机械工程材料 , 2006, 30 12 62-65.[ 4] 朱国明 , 康永林 , 陈 伟 , 马光 亭 . H 型钢 多道 次可 逆开坯轧制过程的 三 维 热 力 耦 合 仿 真 分 析 [ J]. 中 国 机 械 工程 ,2007, 18 14 1747- 1750.[ 5 ] LS - DYNA KEYWORD USER S MANUAL [ M ]. LSTCInc, 2003.[ 6] 朱 国 明 . 大 型 H 型 钢 轧制 过 程 数 值 模 拟 及 组 织 性 能研 究[M ]. 北京 北京科技大学 , 2008.上接第 80页 [ 21] 朱 梅 , 徐 献芝 . 锌 空气动 力电 池的 应用 与循 环经 济建 设[ J]. 中国资源综合利用 , 2007, 25 5 38- 40.[ 22] 王家 捷 , 穆举 国 , 茹 海 涛 . 锌 镍 动 力 电 池 的 发 展