純電動汽車熱類型、結(jié)構(gòu)及維護操作常識（四）2

高州佬 2019-10-21

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3．飛輪電池
飛輪電池是20世紀90年代提出的新概念電池，它突破了化學電池的局限，用物理方法實現(xiàn)蓄能。飛輪電池主要由飛輪、軸、軸承、電機、真空容器和電力電子變換器等組成。
當飛輪以一定的角速度旋轉(zhuǎn)時，就具有了一定的動能。飛輪是整個蓄能裝置的核心部件，它直接決定了整個裝置的蓄能量。對飛輪電池充電時，通過電力電子裝置從外部輸入電能而使電機旋轉(zhuǎn)，電機（此時作為電動機）驅(qū)動飛輪，加速旋轉(zhuǎn)飛輪，儲存動能（機械能）增大。飛輪電池向外放電時由高速旋轉(zhuǎn)的飛輪帶動電機（此時作為發(fā)電機）旋轉(zhuǎn)，將動能轉(zhuǎn)化為電能，再通過電力電子變換裝置將電能轉(zhuǎn)換為負載所需的頻率和電壓。飛輪工作時的轉(zhuǎn)速很高（可達40 000～50000r/min），用一般金屬制成的飛輪無法承受這樣高的轉(zhuǎn)速，因而飛輪一般都采用炭纖維制成，使之在滿足強度要求的同時，可減小飛輪電池的質(zhì)量。電機用于電能與機械能相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)充電（儲存機械能）和放電（釋放機械能）過程。飛輪電池通常采用永磁式電機，在充電時用作電動機，在外電源的作用下帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機械能再儲存電能。在放電時用作發(fā)電機，在飛輪的帶動下發(fā)電并向外輸出電能。飛輪電池通常使用非接觸式的磁懸浮軸承以減小飛輪運轉(zhuǎn)時的摩擦損耗，飛輪在高速旋轉(zhuǎn)時周圍的空氣會形成強烈的渦流造成巨大的空氣阻力。飛輪電池通常將電機和飛輪都布置在一個真空容器內(nèi)，以減少風阻。

4．石墨烯電池
    目前市場或研發(fā)領(lǐng)域有關(guān)于石墨烯電池的信息比較多，其熱度也高。在這里跟讀者分享一下石墨烯相關(guān)的知識。石墨烯是一種由碳原子緊密堆積構(gòu)成的二維晶體，是包括富勒烯、碳納米管、石墨在內(nèi)的碳的同素異形體的基本組成單元，即石墨的單層薄片（圖38）。

    石墨烯中碳原子通過sp2雜化成鍵，與周圍其他三個碳原子以C-C單鍵相連，同時每個碳原子剩有一個垂直于石墨烯平面的p電子，未成對p電子在與平面垂直的方向形成Tr軌道，可以在石墨烯晶體結(jié)構(gòu)中自由移動，從而使得石墨烯具有良好的導電性能。
    同時，石墨烯幾乎集合了世界上眾多材料的最優(yōu)質(zhì)品質(zhì)：超薄超輕、超高強度、超強導電性、優(yōu)異的室溫導熱和透光性等。基于以上特性，石墨烯在新能源電池領(lǐng)域被廣泛應用，可作為電極材料助劑，解決傳統(tǒng)鉛酸電池大電流充放電、壽命短等問題，將電池使用周期拉長至1.5倍，同時能解決傳統(tǒng)鋰電池充電速度慢、超級電容器蓄電能力差的問題。
    石墨烯動力電池是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭的特性開發(fā)出來的一種新能源電池。其關(guān)鍵是陰極和陽極有非常大的石墨烯表面。將鋰金屬置于陽極，首次放電時，鋰金屬發(fā)生離子化，通過電解液向陰極遷移，離子通過石墨烯表面的小孔到達陰極。在兩個電極與液體電解質(zhì)直接接觸的巨大石墨表面，通過表面吸附和／或表面氧化還原反應，能夠迅速并可逆地捕獲鋰離子。通俗地理解，鉛酸電池就象一座平房，可以開很大的門讓大家同時進入，但容量有限；而鋰離子電池就像建了一幢大樓，能容納很多人，但只有一個入口和樓梯，所以進出的時間就會受限；而石墨烯動力電池就象一座擁有多個入口、多部電梯的商廈一樣，可以快速容納很多人。
    石墨烯是原子層級厚度的，不能儲鋰，故不能做成活性物質(zhì)去用，只能做成導電添加劑，用于活性炭材料中，提高材料的導電性能。多層石墨烯具有一定的儲鋰空間，同時鋰離子的擴散路徑比較短，但首次充放電效率低，循環(huán)性能差，容量衰減嚴重，而且充放電曲線滯后嚴重，很難作為負極材料單獨使用。