電池發(fā)展道路探析及發(fā)展方向

韓甜

摘 要：我國目前已是世界電池的主要生產(chǎn)國和消費國，但在電池制備和應用回收等方面還與發(fā)達國家存在較大差距。為了解現(xiàn)階段電池的技術發(fā)展，該文將從電池的發(fā)展背景、發(fā)展歷程、電池分類、應用領域及評價等方面分析電池的發(fā)展過程，在文章末尾結合政策導向說明了電池的發(fā)展方向，為我國新能源行業(yè)的健康、穩(wěn)步、持續(xù)發(fā)展提供了支撐和支持。

關鍵詞：電池 發(fā)展 應用 市場

中圖分類號：TM914 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0101-02

電池作為儲備能源和動力能源，其用途越來越廣泛。目前我國已成為世界電池的主要生產(chǎn)國和消費國，但由于我國涉足電池產(chǎn)業(yè)落后于國外發(fā)達國家近半個世紀，使得我國在電池基礎研究上還相對落后于國外發(fā)達國家。為了縮小差距，趕超發(fā)達國家的電池技術，該文將從電池分類、制備及應用等方面來分析電池的技術發(fā)展，以便促進我國新能源行業(yè)健康穩(wěn)步發(fā)展。

1 電池的分類

電池的分類方法比較多，但可歸結為3類，第一類按使用電解液的類型可分為：酸性電池、堿性電池、中性電池、有機電解質(zhì)溶液電池和固體電解質(zhì)電池；第二類按其工作性質(zhì)及儲存方式可分為：一次電池、二次電池、儲備電池和燃料電池。第三類按電池所用正、負極材料劃分包括：鋅系列電池、鎳系列電池、鉛系列電池、鋰離子電池、鋰錳電池、二氧化錳系列電池、空氣（氧氣）系列電池等[1]。以上分類方法有交叉，也有融合，但業(yè)界認為按工作性質(zhì)和儲存方式分較為合理。

2 電池應用領域及評價分析

2.1 一次電池

一次電池即原電池，俗稱“用完即棄”電池，是放電后不能再充電使其復原的電池，現(xiàn)有鋰氟電池、堿性電池、鎳鋅電池、鋰錳電池和錳鋅電池。

2.1.1 應用領域

主要與民生相關，比如電筒、收音機以及現(xiàn)代化的電子血壓計、電動玩具、醫(yī)療器具和電腦等。

2.1.2 評價分析

優(yōu)點：一次電池無需充電即可使用、標準統(tǒng)一、型號規(guī)格齊全、與現(xiàn)有電子產(chǎn)品配套完備、互換性強、自放電低等一系列特點，受到市場消費者的青睞，特別是在自然災害、停電或無電或野外的時候，更加顯示出其獨特的作用。

缺點：內(nèi)阻大、負載能力較低且只能放電一次，就得棄用。廢電池中含有大量的重金屬如汞、鎘、鉛、鎳以及酸、堿等有毒有害物質(zhì)，泄漏到環(huán)境中，造成的污染和危害很大。進入水體后毒性顯強，大量富集在魚、貝殼類體內(nèi)，揮發(fā)后不僅對大氣產(chǎn)生極大的污染，而且對生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞。

2.2 二次電池

二次電池是利用化學反應的可逆性，組建成一個新電池，即當一個化學反應轉(zhuǎn)化為電能之后，還可以用電能使化學體系修復，然后再利用化學反應轉(zhuǎn)化為電能的電池，目前有鉛酸電池、鎳鎘電池、氫鎳電池和鋰離子電池等。

2.2.1 應用領域

二次電池市場目前正處于轉(zhuǎn)型期，其應用領域較廣，主要有3C市場和新能源汽車、風電儲能和太陽能儲能等。全球的前三供應市場為：日本，第一，全球二次電池主要供應國，市場占有率約65%；韓國，第二，全球市場占有率約22%左右；中國，第三，正成長為全球最大的電池制造國和消費國。

2.2.2 評價分析

優(yōu)點：由于其種類不同，在使用過程中優(yōu)點各異。鉛酸電池的優(yōu)點，廉價、大功率放電、浮充性能好、低溫放電性能好；鎳鎘電池的優(yōu)點，大功率放電穩(wěn)定、價格比較便宜；鎳氫電池的優(yōu)點，比容量高、高低溫性能好、無記憶效應、大功率放電好、無污染、安全性高；鋰離子電池的優(yōu)點，比能量高、小巧、重量輕、無污染、無記憶效應。

缺點：鉛酸電池主要用于汽車、摩托車充電電瓶及UPS后備電源，污染環(huán)境、比容量和比能量小、不便攜帶；鎳鎘電池用于電動工具及少數(shù)電動玩具、隨身聽，易造成污染環(huán)境、對人體有害、具有記憶效應、比容量低于鎳氫電池；鎳氫電池用于電動工具、電動玩具、電動自行車、電動滑板、無繩電話、隨身聽、后備電源、各種設備的內(nèi)置電源，其比能量低于鋰離子電池，價格高于鎳鎘電池；鋰離子電池用于手機、手提電腦等，其缺點是安全性能差、大功率放電較差、價格貴。

2.3 儲備電池

儲備電池是一類特殊形式的原電池，其電極活性物質(zhì)與電解質(zhì)分開存放，無自放電，可長時間貯存（5～10年）而不需維護。當需要電池供電時，可用一定的機構使電解液或水（溶劑）使其激活，一次完成放電。

2.3.1 應用領域

儲備電池可分為液體激活儲備電池和熱激活電池兩大類。主要用作應急電源以及各種軍事武器裝備電源等。

2.3.2 評價分析

優(yōu)點：常溫時電池自放電少，儲存時間長；激活時間短；內(nèi)阻低；工作電壓高；工作溫度范圍寬；使用方便。

缺點：穩(wěn)態(tài)放電電流密度、脈沖放電電流密度較高，電池組的性能有待提高。

2.4 燃料電池

燃料電池是將反應物的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種高效、清潔的電化學發(fā)電裝置。

2.4.1 應用領域

燃料電池在固定型、便攜式和車載等方面都表現(xiàn)出良好的應用前景。主要有醫(yī)院、學校、辦公樓、汽車、火車、飛機、電動工具、報警器、電話、電腦等。

2.4.2 評價分析

優(yōu)點：具有其他能量轉(zhuǎn)換裝置所不具備的優(yōu)越性，能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好、具備快速的負載響應速度和良好的建設、運行和維護特性。

缺點：市場價格較為昂貴、高溫時壽命和穩(wěn)定性不理想、缺少完善的燃料供應體系等。

2.5 光伏電池

太陽能（簡稱光伏電池）用于把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前地面光伏系統(tǒng)大量使用的是以硅為基底的硅太陽能電池，可分為單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池。

2.5.1 應用市場及領域

主要用于空間站、汽車、飛機、手機、充電器、LED燈、發(fā)電站等[2]。

2.5.2 應用過程中的優(yōu)缺點

優(yōu)點：結構簡單、體積小且輕；易安裝、易運輸、建設周期短；容易啟動、維護簡單、隨時使用、保證供應；清潔、安全、無噪聲；可靠性高、壽命長；太陽能無處不有，應用范圍廣；降價速度快，能量償還時間有可能縮短。

缺點：能量分散、占地面積大；間歇性大，除了晝夜周期變化外，太陽能光伏發(fā)電還常常受云層變化的影響；大功率光伏電站的控制運行比常規(guī)火電廠、水電站、核電廠要復雜；地域性較強。

2.6 其他電池

除以上介紹的電池外，還有鈉-硫電池、固體電解質(zhì)電池、熱電池、鋅空電池、鋰空電池、鋁空電池等，這些電池也屬于二次電池，同樣具有二次電池的共同優(yōu)點和缺點，不同之處主要在于電池的電能轉(zhuǎn)化率、電性能發(fā)揮以及電池的生產(chǎn)成本上，在此不一一詳述，主要原因是其產(chǎn)業(yè)化道路還需要相當一段時間。

3 電池發(fā)展方向

新能源汽車的發(fā)目前已上升為世界各國的戰(zhàn)略發(fā)展層面，我國將以“中國制造2025”的基本要求為主線，提出2020年部分和2025年全面實現(xiàn)中國化學電源強國的目標。其中，特別提出將新能源汽車與再生能源儲能直接關聯(lián)的蓄電池產(chǎn)業(yè)（含整個產(chǎn)業(yè)鏈）作為重點，制定出“十三五”更為清晰的具體目標與可實施方案等，以確保我國能源行業(yè)的健康、持續(xù)和快速發(fā)展，為我國“十三五”國民經(jīng)濟、社會、國防現(xiàn)代化全面發(fā)展提供重要支撐?；诖?，提高能量密度和安全性以及降低生產(chǎn)成本是能源改革的重點和發(fā)展方向，綜合研究產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀，可以得出，電池技術將出現(xiàn)百花齊放的局面，比如一次電池高端領域鋰氟電池是未來發(fā)展方向，二次電池領域發(fā)展方向比較復雜，但最終市場占有率最高的可能會是燃料電池。再者，電池技術的發(fā)展還要取決于電池應用和制備過程中對環(huán)境的影響和對資源的依存度，現(xiàn)國內(nèi)外學者都在對電池技術進行系統(tǒng)研究，雖部分實驗室取得了階段性進展，但真正產(chǎn)業(yè)化實施和轉(zhuǎn)化還需要較長時間。因此，結合當前市場狀況及下游技術發(fā)展，鋰離子電池在未來10年內(nèi)仍將占據(jù)主流地位。

參考文獻

[1] 史鵬飛.化學電源工藝學[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社，2009.

[2] 濱川圭弘，著.太陽能光伏電池及其應用[M].張紅梅，崔曉華，譯.科學出版社，2008.