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汽车|WNEVC 2020 | 董全峰：平衡高功率与高比能 探索未来电池材料体系( 二 )


现在的情况是什么样子？一方面是很高功率方向的超电容 ， 另一方面是很高能量的充分的电池 ， 怎么把这两个方面有机的成为一个统一体 。 既然有对立就一定能够统一 。 这是几种类型 ， 这是一种快的类型 ， 这是典型的超级电容器了 ， 超级电容器是靠锂表面储存电荷 ， 在表面不涉及到本体反应很快 ， 快速的储存 ， 快速的放 ， 但是量很小 ， 显然快但是不满足多的要求 。 这是一些超级电容器和电池的典型对比 ， 超级电容器的特征是循环差不多的矩形 ， 典型的电池是很好的氧化还原平台 ， 这是电力学上的特征决定了他们的表现 ， 很有趣的现象 。 当我们把电池材料的尺度降到纳米的时候 ， 会表现出电容的特征 ， 这个时候电反应的速度快起来了 。 这显然是实现电化学速度快的重要一个途径 ， 如果是磷酸铁锂的材料 ， 又能够这样快 ， 我们就可以满足既快又多的梦想 。 所以 ， 纳米材料是很重要的一个方面 ， 但是 ， 纳米是不稳定的 。 这个是电解质表面的 ， 主要是物理方面的 ， 充电时候 ， 电荷分离 ， 放电的时候再综合 ， 这是一类 。
只要有电铝液的地方都可以充满双电层 ， 我们尽量让它高一些 。 像这种情况 。 一类是速度快 ， 但是量有限 ， 引入法拉第过程才有可能解决多的过程 。 这是我们经常说到的液电容或者是超级电容器 。 超级电容器具有高的表面 ， 但是 ， 引入了电化学反应的过程 ， 这个电化学反应发生在表面 ， 这一部分在现在也可以把它叫成表面性的容量 ， 这个表面性的容量有一个电化学过程存在 。 它本质上和电池无疑 ， 但是因为只在表面 ， 所以就满足了快的要求 。 这是纳米材料的第二点 ， 表面的电化学过程 。 这个电化学过程实现了很多 ， 总体来讲大概有四种类型 ， 一是表面的虚托附的 ， 二是氧化还原很薄的表面膜 ， 三是导电聚合物 ， 四是纯表面的嵌入和托迁 。 这几种类型现在广泛的应用在设计和制造具有高功率的电化学储能器上 ， 有一些取得了令人振奋的结果 ， 像纳米超级电容器、锂离子超级电容器等 。
现在总的类型有对称的、非对称的 ， 混合的等等 ， 这些不同的类型在性能的表现形式上是不尽相同的 。 比如说图中是典型的纯电池的表现行为 ， 分别显示充电和放电的波形 。 这个看起来很像电池了 ， 可以把二者很好的统一起来 ， 通过材料的设计和电化学过程的调控 ， 能够把它以高能量、高速度的形式表现出来 ， 这就是短时间跨度高能量传递 。 尤其是一些材料 ， 本来一方面靠皮表面 ， 另一方面赋予皮表面上有一些特殊的观摩团时 ， 表面有电化学虚托付的法拉力特征 ， 这方面材料是具有高功率和高能量的 。
混合的类型有内混合和外混合 ， 我举的这两个例子是已经应用的例子 。 超电池对于铅酸的改造很成功 ， 铅酸电池现在可以做到800次循环、1000次循环、2000次循环 ， 就是这种改造的成果 ， 即内部植入了快速度的集片 ， 也可以利用外部混合 。 外部混合是能量功率型 ， 将来我们能实现既高又快 ， 这种组合就不必要 。 这个材料做得好可以延续从高能量到高功率的演变过程 ， 当我们电流相对小的时候 ， 表现的很像电池 ， 电流高到一定程度的时候就表现成这样 。 说明有一个宽范围变化的过程 ， 这个过程也将帮助构筑既高又快的材料 。
再一种类型是液向的氧化还原 ， 这是我们过去的工作 ， 我利用反应的活性材料 ， 不再是固体的碳酸锂等 ， 而是液态的氧化还阳电对 ， 是溶解态 ， 不存在扩散的问题 ， 就没有了速度的制约问题 。 这一类反应速度很快 ， 只是比能量比较低 。 所以要设计很好的框架 ， 把溶解活性物质的材料存储其中 ， 看似是一个固态 ， 实际上里面是液态的 ， 可以取得很高的速度 。 刚刚是液向还原的过程 ， 还有一种类型是纳米流体 ， 就是活性材料把它做成纳米 。 但是纳米不稳定 ， 它像浆料一样溶解 ， 由电解质构成的流动体系 ， 利用纳米材料的快速反应过程实现高速度 。


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