蓄电池技术将要发生的两次巨变
锂离子电池的充、放电机理完全不同于铅酸蓄电池、镉镍蓄电池和镍氢蓄电池。后三种常用蓄电池是通过电极发生电化学反应，变换出其他化合物来储存电能。而锂离子电池则是通过涂布在电极上的活性材料存储和释放锂离子，即通过锂离子在电极活性材料上的“嵌入”和“脱出”，通过所谓“嵌脱现象”来存储电能。
由于近一时期研究机构相继发现了很多种可存储（即嵌入）、释放（即脱出）离子的电极活性材料、固态电解质和聚合物隔膜，再加上人们对这些新发现物质的深入研究，再在此基础上又对蓄电池结构进行了创新改造，所以，“嵌脱式离子蓄电池”的性能得到迅猛提高。
日本、美国和德国学者普遍预计，到2015年、2030年这两个年份，嵌脱式离子蓄电池组的制造成本将会降至现在价格的1/7和1/40。目前，国外许多科研机构正加紧对这种蓄电池组的技术实用化研究，有的已处于等待工业化的阶段。换句话说，有望从本世纪中页起，嵌脱式离子电池组的性能、结构和制造成本肯定会满足人们对于高压、大容量离子蓄电池组所寄予的厚望，使BEV、PHV能在性能、价格上真正与已采用了各种先进技术、还在不断进步的M1类汽油机乘用车竞争，并得以按市场规律大量生产（不是靠政府或民间机构资助），从而降低汽车的污染物和温室气体的排放量，改变汽车的“食物”结构，使汽车的行驶能耗费用大幅度下降。
研究发现，可利用于“嵌脱反应”的许多无机固体电解质导电率非常高，非常适于制造可快速充电的高电压、高能量密度的电池。
《汽车产业调整和振兴规划》提出，在未来3年内，我国将形成50万辆各类电动汽车的产能。要完成这项任务，离子蓄电池组的产能必须先行达到。可是，我国有这种先进电池的研发和生产规划吗？若要生产，是液态电解质的“铁电池”？还是叠层型固体电解质锂离子蓄电池？不得而知。日、德汽车业界已将未来电动汽车的动力来源锁定在“叠层型固体电解质锂离子蓄电池”上。可是，我国锂离子电池生产企业就连“液态电解质锂离子电池”所需的隔膜材料至今也不能生产，全部要依靠进口，价格昂贵，占到动力电池成本的30%以上！近几年，国际动力电池生产商和跨国汽车公司普遍组成各类合资公司，共同开发电动汽车动力电池技术，我国却少有这样的事例。在这样的基础上建立起来的50万辆电动车年产能，是独立自主型的还是依附型的，不难判断。
近年发现的大量优秀锂离子蓄电池或“非锂蓄电池”的正极和负极候补活性材料，对于新一代车用动力蓄电池组的研发、推广使用至关重要，也必将推动各类电动汽车高速发展。例如，国外有关机构最近发现，“硫化物锂离子导体”成为晶体物质时，既有很高的锂离子导电性，又有宽阔的“电化学窗”，因此，它很有可能成为固体电池的电解质（固体电解质）。此外，玻璃态锂离子固体电解质、非整比化合物和其他一些锂离子蓄电池正极、负极候补活性材料的发现，也备受业内重视。
可以肯定的是：
一、将于2015年前后问世的“先进型”蓄电池将不会是“铁电池”，很可能是不 含锂化合物的“嵌脱式离子蓄电池”。
二、将于2030年前后面世的“革新型”蓄电池也不会是“铁电池”，它应是大容量、低成本的 “嵌脱式蓄电池”，它将大量使用新发现的各类电极活性材料和辅助材料。
飞轮电池
本帖最后由 蓝虎 于 2009-1-24 23:15 编辑
飞轮电池是90年代才提出的新概念电池，它突破了化学电池 的局限，用物理方法实现储能。众所周知，当飞轮以一定角速度 旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电 能的。高技术型的飞轮用于储存电能，就很像标准电池。飞轮电 池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的 驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池＂充电＂增 加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态 运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能（动能）到电 能的转换。当飞轮电池公出电的时，飞轮转速逐渐下降，飞轮电 池的飞轮是在真空环境下运转的，转速极高（高达200000r/min， 使用的轴承为非接触式磁轴承。据称，飞轮电池比能呈可达150W ·h/kg，比功率达5000-10000W/kg，使用寿命长达25年，可供电 动汽车行驶500万公里。美国飞轮系统公司已用最新研制的飞轮池 成功地把一辆克莱斯勒LHS轿车改成电动轿车，一次充电可行驶 600km，由到96km/h加速时间为6.5秒。
飞轮储能电池的概念起源于上世纪７０年代早期，最初只是想将其应用在电动汽车上，但限于当时的技术水平，并没有得到发展。直到上世纪９０年代由于电路拓扑思想的发展，碳纤维材料的广泛应用，以及全世界范围对污染的重视，这种新型电池又得到了高速发展，并且伴随着磁轴承技术的发展，这种电池显示出更加广阔的应用前景，现正迅速地从实验室走向社会。现在欧美国家已出现实用化产品，而我国在这方面的研究才刚刚起步。
一、 何谓飞轮储能电池
飞轮储能电池系统包括三个核心部分：一个飞轮，电动机—发电机和电力电子变换装置。
电力电子变换装置从外部输入电能驱动电动机旋转，电动机带动飞轮旋转，飞轮储存动能（机械能），当外部负载需要能量时，用飞轮带动发电机旋转，将动能转化为电能，再通过电力电子变换装置变成负载所需要的各种频率、电压等级的电能，以满足不同的需求。由于输入、输出是彼此独立的，设计时常将电动机和发电机用一台电机来实现，输入输出变换器也合并成一个，这样就可以大大减少系统的大小和重量。同时由于在实际工作中，飞轮的转速可达40000～50000r/min，一般金属制成的飞轮无法承受这样高的转速，所以飞轮一般都采用碳纤维制成，既轻又强，进一步减少了整个系统的重量，同时，为了减少充放电过程中的能量损耗（主要是摩擦力损耗），电机和飞轮都使用磁轴承，使其悬浮，以减少机械摩擦；同时将飞轮和电机放置在真空容器中，以减少空气摩擦。这样飞轮电池的净效率（输入输出）达95％左右。
实际使用的飞轮装置中，主要包括以下部件：飞轮、轴、轴承、电机、真空容器和电力电子变换器。飞轮是整个电池装置的核心部件，它直接决定了整个装置的储能多少，它储存的能量由公式 决定。式中 为飞轮的转动惯量，与飞轮的形状和重量有关； 为飞轮的旋转角速度。
电力电子变换器通常是由MOSFET 和IGBT组成的双向逆变器，它们的原理不再叙述，它们决定了飞轮装置能量输入输出量的大小。
二、飞轮电池与其它电池的比较
现在，使用最多最广的储能电池无疑是化学电池，它将电能转变为化学能储存，再转化为电能输出，它价格低廉，技术成熟，但污染严重，效率低下，充电时间长，用电时间短，使用过程中电能不易控制。
另一储能电池是超导电池，它把电能转化为磁能储存在超导线圈的磁场中，由于超导状态下线圈没有电阻，所以能量损耗非常小，效率也高，对环境污染也小。但由于超导状态是线圈处于极低温度下才能实现，维持线圈处于超导状态所需要的低温需耗费大量能源，而且维持装置过大，不易小型化，所以家用市场前景不强。
飞轮电池则兼顾了两者的优点，虽然近阶段的价格较高，但伴随着技术的进步，必将有一个非常广阔的前景。下面通过表—1来具体比较三者的优缺点。
表—1 三种电池性能比较
化学电池 飞轮电池 超导电池
储能方式 化学能 机械能 电磁能
使用寿命 3～5 ＞20 ～20
技术 成熟 验证 验证
温度范围 限制 不限 不限
相对尺寸（同功率） 大 最小 中间
储能密度 小 大 大
放能深度 浅 深 深
价格 低 高 较高
环境影响 污染 无污染 无污染
三、飞轮电池的应用场合及现状
由于技术和材料价格的限制，飞轮电池的价格相对较高，在小型场合还无法体现其优势。但在下列一些需大型储能装置的场合，使用化学电池的价格也非常昂贵，飞轮电池已得到逐步应用。
1、太空 包括人造卫星、飞船、空间站，飞轮电池一次充电可以提供同重量化学电池两倍的功率，同负载的使用时间为化学电池的3～10倍。同时，因为它的转速是可测可控的，故可以随时查看电能的多少。美国太空总署已在空间站安装了48个飞轮电池，联合在一起可提供超过150KW的电能。据估计相比化学电池，可节约200万美元左右。
2、交通运输 包括火车和汽车，这种车辆采用内燃机和电机混合推动，飞轮电池充电快，放电完全，非常适合应用于混合能量推动的车辆中。车辆在正常行使时和刹车制动时，给飞轮电池充电，飞轮电池则在加速或爬坡时，给车辆提供动力，保证车辆运行在一种平稳、最优的状态下的转速，可减少燃料消耗，空气和噪声污染，发动机的维护，延长发动机的寿命。美国TEXAS大学已研制出一汽车用飞轮电池，电池在车辆需要时，可提供150KW的能量，能加速满载车辆到100Km/h。在火车方面，德国西门子公司已研制出长1.5m，宽0.75m的飞轮电池，可提供3MW的功率，同时，可储存30%的刹车能。
3、不间断电源 飞轮电池可提供高可靠的稳定电源，可提供几秒到几分钟的电能，这段时间足已保证工厂进行电源切换。德国GmbH 公司制造了一种使用飞轮电池的UPS，在5s内可提供或吸收5MW的电能。
4、军用战斗车辆 美国国防部预测未来的战斗车辆在通信、武器和防护系统等方面都广泛需要电能，飞轮电池由于其快速的充放电，独立而稳定的能量输出，重量轻，能使车辆工作处于最优状态，减少车辆的噪声（战斗中非常重要），提高车辆的加速性能等优点，已成为美国军方首要考虑的储能装置。
作为一种新兴的储能方式，飞轮电池所拥有传统化学电池无法比拟的优点已被人们广泛认同，它非常符合未来储能技术的发展方向。目前，飞轮电池除了上面介绍的应用领域以外，也正在向小型化、低廉化的方向发展。现在，最可能出现的是手机电池。可以预见，伴随着技术和材料学的进步，飞轮电池将在未来的各行各业中发挥重要的作用。