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安全性与相关法规
动力电池的安全性是电动汽车发展过程中首先需要考虑和解决的问题。动力型锂离子电池安全性的提高需要建立从材料、电池及关键部件到系统安全保障等一系列技术措施。随着单体电池的大型化和成组化使用,动力型锂离子电池系统安全问题面临着新的挑战。而燃料电池的燃料是氢气,属于易燃易爆气体,因此市场普遍担心其的安全性问题,而实际上氢气的安全性相较于汽油和天然气并不差。
单体层级燃料电池的安全设计少于锂离子电池。系统集成层级燃料电池系统比锂离子电池系统复杂。由于使用了可燃气体氢气,多了对氢气的泄露保护设计。由于需要防止质子交换膜润湿不充分带来的影响,需要通过监控内阻来监控内部湿度的变化。燃料电池和锂离子电池相关安全性设计如表4所示。
动力型锂离子电池的还原剂和氧化剂都存储在同一个装置中,之间仅有一层微米级别厚度的隔膜,而燃料电池的还原剂和氧化剂在电池外部分开放置。从原理上讲,燃料电池的安全性优于锂离子电池。通过一系列的安全防护,两种电池的安全性都在可接受的程度。
为了保证动力电池的安全性,国家针对动力型锂离子电池和燃料电池制定了一系列的标准,从而确保动力电池的安全性、可靠性。如表5所示,燃料电池相对锂离子电池的标准偏少,发行时间早,标准与现状符合性不如锂离子电池。电动汽车有对应的定型试验规程《GB/T18388—2005电动汽车定型试验规程》,而燃料电池车定型规程作为汽车行业对于新能源汽车产品定型的一个必备标准急待推出。
三、前景及展望
综合来看,在能量密度、寿命和安全性方面燃料电池优于锂离子电池;而在成本方面,燃料电池比不上锂离子电池。目前锂离子电池的关键技术为能量密度提升,安全性,热管理,系统集成优化控制等;燃料电池的关键技术有耐久性,冷启动,系统集成优化控制等。无论燃料电池还是锂离子电池,相关的技术均有大量进步的空间。对于锂离子电池来说,如果其能量密度能够进一步提高,循环寿命能够更长,则也是一种非常优秀的驱动能源。如果燃料电池的成本能够降低,则能够真正作为汽油/柴油燃料的替代能源。能量密度的提升面临基础学科领域的瓶颈,很难得有质的提升;而成本的降低,可以通过商业化解决。因此短期来看,锂离子电池比燃料电池更适用;长期来看,燃料电池比锂离子电池更有发展前景。
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