可3D打印的全树脂电池

LiB锂离子二次电池广泛应用于平板电脑、数码相机等便携设备及电动汽车。但根据日本产品评估机构NITE公布,日本2013年~2017年5年内LiB引发的事故共计582起,其中属产品故障原因的有368起占63%。

LiB电池起火

为什么LiB会出故障? 原因出在构造上。

LiB采用铜或铝这样的金属箔电极分别作正极和负极,两极间通过活性物质反应发生电子的释放和传递,从而生成电能。事故的原因是由于电极受到强烈冲击后出现了漏洞。于是,所有的电流都集中到一处,导致电池过热爆炸。

LiB在安全上存在隐患,但因其较高的性能而扩大了市场。日前,日本京都的化学品制造商三洋化成工业与东京的技术研发企业APB共同开发除了全树脂电池,提高了电池的安全性及容量。

安全性

将不耐冲击的金属箔改用树脂膜、电解液改为含有活性物质的凝胶状树脂,这样完成全部构造的树脂化。即使受到用钻头开孔这样的强烈冲击也能防止起火或爆炸。

高容量

使用树脂电极可大幅增加活性物质,与现有LiB相比相同大小的电池,容量可增加2倍。

小型化

现有LiB多个电池相连时布线复杂,全树脂型LiB可层叠串联,减少了接头部件的数量,有助于产品设计的小型化。

低成本

现有LiB有烘干活性物质工序,树脂化后可大幅削减制造工程成本。

通过灵活运用树脂的优点,使用3d打印技术就可以生产全树脂型LiB,相信这款电池今后将以全新的方式出现在人们的日常生活中。

参考日本报道原文:https://emira-t.jp/eq/7722/

欧洲结盟 投资60亿欧元发展EV电池技术

欧盟(EU)、德国、法国表示将投资60亿欧元开发电动汽车(EV)电池。在韩中日企业主宰的电池市场上,欧盟正在集结所有技术进行反击。

由欧盟德法联合召开的EV电池记者见面会

在巴黎举行的欧盟德法联合记者见面会上,法国经济和财务部长布鲁诺·勒梅尔表示:“欧洲不能依靠技术进口。(此项目)将载入欧洲产业发展史。”此项目中德国、法国政府等提供约12亿欧元补助金,相关企业投资约40亿欧元。企业包括有法国大型汽车制造商PSA集团、法国石油化工公司道达尔旗下的产业电池公司Saft等。与此同时意大利及比利时等国也表示出加入的热情。

根据计划,在法国将设立试验工厂于2020年开始投入生产。2022年至2023年将在德国和法国分别设立一处工厂来制造改良型液体电解质电池。同时计划在2025年至2026年生产出新一代全固态电池。

在EV电池领域,目前由日本松下、韩国LG化学及中国的宁德时代(CATL)等掌握着很高的市场占有率。据悉欧洲企业的市场占有率仅为3%。

虽然欧洲团结之势已成定局,但能否挽回产业发展被推迟的时间还是个未知数。也有企业对补助金额表示出不同的声音,世界最大的汽车零件企业德国博世(BOSCH)曾于今年1月表示虽然有政府的支持但尚未考虑自主生产。

欧盟欧洲委员会在2017年已决定在EV用电池方面与欧洲企业合作。德国和法国首先响应号召,制定了相关计划。

参考日本报道原文:http://uee.me/aVrLD

全固态电池 日本主流厂商研发动向

全固态电池是决定电动汽车(EV)及IoT(物联网)普及的关键因素,如今技术研发竞争愈演愈烈。

全固态电池的原理与锂离子电池基本相同,最大的区别是电极间电解质是液体还是固体。锂离子电池采用了液体电解质具有可燃性,一旦破损有可能起火。相反,全固态电池采用固体电解质没有泄露的危险。另外固体电解质锂离子移动的速度快,因此能够缩短充电所需的时间。日本计划2020年中旬实现普及,目前正为实现量产开展各项技术研发。

作为动力源,高能锂离子电池每公斤的能源输出量为200∼250千瓦时,而全固态电池约为锂离子电池的2倍。另外,锂离子电池由于离子溶出到电解液中,反复充放电时性能将随之下降,而全固态电池离子不溶解,因此电池寿命更长。根据国际能源署(IEA)报道, 2017年全球销售的100万台以上的EV和插电式混合动力汽车(PHEV)几乎全部采用了锂离子电池,2020年中期开始全固态电池的采用率将升高。据富士经济预测,全固态电池的市场规模在2030年将达到3300亿日元,之后将急剧增加,到2035年全固态电池的市场规模将达到约2兆8千亿日元。

■全固态电池在宇宙、汽车、IoT领域的发展

预计全固态电池的实用将始于电子设备及传感器,FDK展示如半导体芯片一样大小的超小型筐体,该产品计划在2020年发售。

汽车厂商均进入技术研发白热化。丰田和松下将在2020年成立车载电池新公司,共享大容量锂离子电池和全固态电池技术。

全固态电池的应用领域不仅在地球上,日前也发展到宇宙领域。日本特殊陶业公司已将自主研发的全固态电池提供给日本太空公司ispace用于宇宙探索,该公司计划2021年发射月球探测器。日立造船也已开始全固态电池AS-LiB的样品供货,计划今年内将在大阪投产。据悉该电池在摄氏100度以上的高温下也能工作,适用于宇宙领域。

■全固态电池零部件开发竞争同样激烈

在全固态电池热潮下,电解质、正极材料、负极材料等主要材料生产企业也展开了激烈的技术竞争。三井金属在固体电解质、正极材料、负极材料的研发上均有涉猎。

固体电解质方面,三井金属公司在以硫磺、锂、磷等为原材料的电解质方面新研发了各原材料的烧结技术,目标不仅限于批量生产,预计将在2025年前后实用。日本有色金属资源及材料制造商JX金属在电解质开发方面已与东日本钛金属展开合作。日本第二大石油公司出光兴产公司与汽车厂商等进行技术研发合作,并已获得相关专利,计划2020年实用。

正极材料是锂离子电池发展的关键,目前正极材料的原材料大多采用钴等稀有金属。住友金属矿山公司将传统的正极材料应用到了全固态电池中。而住友化学正在开发新型正极材料,其中将不再使用稀有金属,取而代之的是镍或锰。

负极材料是保持电池充电状态的关键,大大左右着电池的容量。日本GSYUASA公司通过利用金属硅开发出了可实现约3倍能量密度的产品。

全固态电池领域日本领先于世界。日本新能源产业的技术综合开发机构(NEDO)是促进科技产品转化的军师,丰田、松下、旭化成等企业均在研发框架中。轻质大容量新型电池“空气电池”的研发竞争等新潮流不断涌现,全固态电池的商用化步伐正在不断扩大。

参考日本报道原文:http://rrd.me/edMqj

 

快讯:车载电池技术方向

车载电池是搭载在用马达驱动的车辆上的电池,例如电动汽车(EV)或插电式混合动力车(PHV)等。与传统的汽油车上使用的铅蓄电池和镍氢电池相比,车载电池是一种储电量更大的锂离子电池并占据着市场主流地位。

日本在PHV、EC的实用化上具有世界先进性。因此,在电池等主要零部件方面,松下等日本厂商一直占据主导地位。但近年来中国成为世界最大的EV市场,车载电池产业发达。2017年宁德时代新能源科技(CATL)在车载电池领域的全球市场占有率为16%,跃居全球之首。松下转为第二,其次是中国比亚迪、韩国LG化学等。

未来车载电池的技术方向仍是延长续航里程,当务之急是开发新材料及新结构的电池。而丰田等则正在积极推动全固态电池的研发进程。

参考日本报道原文:http://c7.gg/f3MWf

快讯:雅马哈发布新型燃料电池车

日本雅马哈发动机公司开发出了新款小型燃料电池车(FCV)的试制模型,型号为YG-M FC。据悉计划2019年4月18日起在日本石川县轮岛市进行试验。将在一周约3公里的市区路线以低速反复行驶来验证该车型的行驶性能及操作性。

雅马哈发动机公司开发的燃料电池车YG-M FC

图片来源:雅马哈发动机公司

该车型续航里程是同系电动车(EV)的4~5倍,据悉一次充电可行驶150~200公里。不但大大缩短了补给耗时、提高了车辆的稼动率,且相同距离下一辆FCV的成本比两辆EV还要低。

燃料电池系统通过后轮驱动行驶,该系统由雅马哈发电机公司与合作伙伴企业共同研发而成。车体后座下方安装有电动机、圆形氢气罐、FC电池组及驱动电池包。

图片来源:雅马哈发动机公司

包括司机在内可乘坐4人,车身长3370×宽1340×高1710毫米,车辆重量640公斤。这款小型车主要适用于机场、工厂、动物园等场地内。

雅马哈表示未来将接入多种移动性能到MaaS(移动服务)中,并已开始相关技术的研发。

参考日本报道原文:http://kks.me/bp7tt

燃料电池PK二次电池 发展中的共生与超越

燃料电池在日本主要应用于汽车领域,在国际上的应用更加广泛,已不断开发出在叉车、无人机、列车上的应用产品。全球企业不断开发燃料电池产品,快速占领市场的趋势引人关注。

■预测FC全球市场规模2030年是2018年的23倍

2019年1月富士经济公布了FC系统(燃料电池系统)的市场预测报告,据悉2030年的FC全球市场规模约是4.9万亿日元,约是2018年的23倍。若将补给氢能的基础设施市场包含在内,市场规模将更大。

FC系统全球市场规模预测(富士经济)

根据对燃料电池组不同技术市场前景的预测结果,固体高分子型燃料电池(PEFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)的市场规模在发展前期呈现出的状态基本相同,但后期的发展趋势将发生显著变化,据数据显示2030年PEFC的市场占有率将超过90%。

PEFC与SOFC市场前景对比(富士经济)

这看似乐观的市场预测果真如此吗?在此有必要对竞争技术——液态锂离子二次电池(后统称LIB)做到知己知彼方可避免盲从。

■FC对比LIB

据下表综合对比来看,燃料电池(后统称FC)的明显优势在于能量密度高、充电时间短、大容量化的成本低。

(1)重量能量密度方面,在考虑了燃烧效率的前提下,包括有电池组、高压罐、调节器等的FC系统的重量能量密度约是LIB的5倍以上。

(2)充电时间方面,FC具有强大优势。虽LIB可缩短充电时间,但会伴有发热、早期劣化、输送超高电压等副作用。充电时间的差异化影响在巴士、卡车等大型车上更加明显。FC卡车20分钟即可完成加氢补给,EV卡车即使使用快速充电系统(50KW),充电耗时至少在10小时以上,换成150KW,充电耗时也要3个半小时以上。据下图分析可知,续航距离越长EV卡车在开工率方面的差距越大。

长距离行驶对比

(3)大容量化的成本低,此优势在于续航里程越远成本越低。将FC电池组大型化时仅需加大氢气罐或增加数量即可。尽管FCV配备的氢气罐体积大,但因原材料多采用树脂或碳纤维,所以重量上有优势。氢本身的质量是 5kg(丰田FCV –MIRAI),即使将此数值乘以10倍,也比LIB电池包的重量轻很多。

■LIB对比FC

貌似完美的FC实际上也存在着不足:(4)短距离使用时电能利用效率低(5)负荷响应性低(6)难以进行高功率输出(7)补给基础设施少——现有加氢站数量明显不足。但乐观的是这些不足有望解决。

(4) FC的电能利用效率低,仅为LIB的一半。LIB可在充电后直接输出电能,而FC电能利用效率低的原因在于它的输出过程,首先需要将电力转换为氢、再将氢压缩或液化后搬运、使用时再由氢转换为电能。

FC与LIB电池组效率对比

(原图:由日经 xTECH根据英国Riversimple公司资料制作而成)

续航距离与效率的关系 (已考虑车辆重量等因素)

(原图:由日经 xTECH根据英国Riversimple公司资料加工而成)

为提高EV的续航距离而配置上大容量电池的话,因电池在搬运中会耗费较多电能,所以实际效率将低于FCV。这一点在无人机上体现得更明显,如果电池重量能量密度低,增加容量反而会使续航时间缩短。因此对长途汽车来说,(4)反而是FC的优势。

短距离运行时FC的效率低、(5)负荷响应性低、(6)难以进行高功率输出,也许不是马上就能解决的问题,但最近推出的很多FCV已通过搭载与小型EV同等或以上容量的LIB、双电层电容器解决了这些问题。因此近期的FCV实际为混合动力,使用LIB的目的在于弥补FC弱项。

(7)FCV补给设施少,在补给设施方面LIB存在明显优势。在用途上各有特点:LIB适用于短途汽车。FCV适用于长途大巴/卡车、无人机/飞机等。

EV与FCV用途特点

随着自动驾驶技术及移动服务“MaaS”的普及,未来FC在汽车上的使用依然将成为主流。顺应趋势,美国Plug Power公司已开始与本国大学科研团队合作共同研究为FCV自动供给氢能的机器人。

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参考日本报道原文:http://uee.me/aSFnP

比亚迪在日本发布新EV巴士 价格低于市场50倍

中国比亚迪(BYD)日本分公司今日宣布,将向日本市场投放新款小型电动巴士(EV巴士),在日本的小型巴士中这款车的续航里程将是最长的。目前比亚迪在日本供应了21辆电动巴士,未来5年内这款新型车的销售目标将达1000台。

新型车全长7米、车宽2米、车高3米。一次充电可运行3小时、续航里程可达200公里。这款车采用了一定程度上组装好的零件组“模块部件”,所以在维护时可像模块一样接合,轻而易举更换零件。在日本电动巴士售价一般在1亿日元左右(约611万RMB),如此高价一直是市场课题。据悉,比亚迪的新型车在日本的市场定价为税后1950万日元(约11.9万RMB),价格优势可见一斑。

BYD集团在世界50个国家和地区共交付了5万辆电动巴士。2015年日本在京都市投入使用电动巴士后,目前合计供应有21辆。日本汽车厂商方面,有计划在2020年东京奥运会时,由丰田公司供应3000辆燃料电池车(FCV)和EV等。随着世界范围内对二氧化碳(CO2)及排放气体环保规定日趋严格,汽车行业有必要采取相应的环保措施。但主要日本汽车厂商在开发EV公交方面持消极态度。

3月25日在东京举行的记者招待会上,BYD日本分公司副社长花田晋作表示:“社会老龄化下,使用公交的老年人不断增加,地方线路的巴士需求也在增加。BYD将以更便于采购的价格推进EV巴士普及”。

参考日本报道原文:http://rrd.me/edD8T