今天,“纸”好让你见识一下新能源电池的“膜”力

浏览量:59 作者: 来源: 时间:2022-05-11 【字号:

导读:超级电容器,特高压输电,我们已经耍过两个放电“大招儿”了,是不是以为我们这次要换个话题?No!作者已经预判到能被读者轻松预判的作者不能成为国家级研究院的优秀科技工作者。

所以,今天我们继续放出“电招儿”第三式:新能源电池隔膜材料。

曾几何时,电池能做的都是一些小事。

 

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如今,电池似乎已经可以驱动万物。

 

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电动汽车

作为新能源汽车的“心脏”,电池技术的发展、性能的提升决定着新能源汽车能走多远,也决定着新能源汽车产业能走多远。“得电池者得天下”,诚如是!

01  锂离子电池隔膜

在新能源汽车动力电池产业,锂离子电池目前在乘用纯电动和混动汽车中占绝对主导地位。

锂电隔膜,一层隔膜两重天

锂离子电池主要结构包括正/负极材料,电解质,电池隔膜。隔膜是支撑锂离子电池完成充放电电化学过程的重要组成部分。若将电解液看作一条“河流”,锂离子就如河面上行驶的“小舟”,能够在其中自由穿梭,隔膜就是“水坝”,“水坝”具有绝缘性,防止正负极短路,能够让电子乖乖从外电路传输,形成电流。隔膜上的孔隙是“闸门”,当电解液温度过高时,“闸门”关闭,切断锂离子穿梭,避免因温度过高带来的安全隐患。

 

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锂离子电池基本原理

因此隔膜应具备的特性包括:

(1)化学稳定性:不与电解质、电极材料反应;

(2)热稳定性:有良好的高温隔离性;

(3)离子电导性:离子通过的难易程度与隔膜孔隙率密切相关;

(4)力学强度:隔膜不易被刺穿,防止电池短路。

隔膜的性能直接影响电池的容量、循环次数以及安全性能等,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要作用。新能源汽车销售量的暴增,带来高端锂离子电池隔膜的需求持续增加。

02  氢燃料电池气体扩散层

对于新能源车市场,动力源除了普遍使用的锂电池外,还有一匹黑马——氢燃料电池。

氢燃料电池,简单点说就是以氢气作为燃料,依靠氢气与氧气发生的电化学反应从而产生电能。与锂离子电池这类储能装置不同,燃料电池本质上是发电装置,具备零污染、充氢快、续航强等优势。什么“里程焦虑”?“温度焦虑”?不存在!

 

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氢燃料电池完美解决锂电池新能源汽车在冬季行驶里程骤降这一“心病”,适合商用远途场景,与锂电池形成互补。

 

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北京冬奥会期间,816辆氢动力的新能源汽车作为示范运营主力军在不同赛场间穿梭,这也是目前全球首次燃料电池汽车的大规模运营。

燃料电池的电堆是由很多单体电池串联组成。单体电池具有七层结构,中间是质子交换膜,膜两侧是催化剂层,催化剂层的两侧为两片气体扩散层,最外侧是双极板。其中气体扩散层是燃料电池的关键组成材料之一。

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燃料电池单体电池结构图

气体扩散层——碳纤维纸,四大神功聚一身

如何才算得上一个好的气体扩散层材料?它需要具备以下四大神功:传质(气体及水)、传热、导电以及支撑(催化剂层和电极)。因此气体扩散层的材料必须是多孔介质,有良好的导热性、导电性以及一定的机械强度,除此之外还需要有化学稳定性。

能够满足以上要求的气体扩散层材料屈指可数,其中碳纤维纸凭借性能稳定、成本相对较低和适于再加工等优点成为主流之选。国内气体扩散层碳纤维纸的规模化生产成为燃料电池进一步推广应用的“拦路虎”。

中国的新能源,隔膜材料中国造

大国方略,一招一式不假于人。中国汽车在新能源时代实现“弯道超车”,基础材料很重要!很重要!很重要!

 

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由中国造纸院参与研制开发的燃料电池气体扩散层碳纤维纸

“目前国产的隔膜材料存在关键指标不能同时满足使用要求的问题,制作出高性能隔膜材料并非易事。”中国造纸院特种纸研发中心专家说道,“在‘十三五’国家重点研发计划的支持下,通过联合高校、造纸企业及科研机构同仁,我们采用隔膜材料制备、制造设备与工艺相互协同的研究方法,在经历无数次尝试,反复摸索,终于完成了新一代锂离子动力电池纤维素基隔膜材料以及燃料电池气体扩散层碳纤维纸的生产技术攻关。”

实验室走进市场的进程也在加速进行中。目前500mm超薄型PET基纸热压中试生产线和500mm隔膜涂布中试生产线已建成。产品经国内多家电池下游用户试用,证实材料质量已达到进口同类产品水平,为新能源电池注入“膜”力。

无奖竞猜小游戏:猜猜看,下一期我们会放出什么大招儿呢?

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