鋰離子電池：儲(chǔ)能電池中的明珠
時(shí)間:2019-10-29 09:37來源:中國(guó)國(guó)防報(bào) 作者:魯長(zhǎng)波 王旭東 徐萬里
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日前，瑞典皇家科學(xué)院將諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予對(duì)鋰離子電池發(fā)展作出突出貢獻(xiàn)的３位科學(xué)家。其中，惠廷厄姆采用硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O材料，金屬鋰作為負(fù)極材料，制成世界上第一塊鋰離子電池。古迪納夫經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰比硫化鈦更適合儲(chǔ)存鋰離子，進(jìn)而顯著提高電池的電壓平臺(tái)。吉野彰在此基礎(chǔ)上，采用鋰離子代替純鋰，提升了電池的使用安全性，從而使鋰離子電池具備實(shí)際應(yīng)用條件。
之所以被稱為鋰離子電池，是因?yàn)闊o論在電池正負(fù)極還是在電解質(zhì)中，鋰都是以離子形式存在。與其他儲(chǔ)能電池相比，其突出優(yōu)點(diǎn)在于單位體積的儲(chǔ)存能量高，沒有記憶效應(yīng)，充電前不必顧及電池的用電深度，同時(shí)，能量轉(zhuǎn)換率高、自放電率低、使用壽命長(zhǎng)等。隨著日本索尼公司生產(chǎn)的鋰離子電池于1991年投入市場(chǎng)，鋰離子電池迅速實(shí)現(xiàn)大范圍應(yīng)用，是目前便攜式電子設(shè)備、新能源汽車、智能電網(wǎng)等的主流儲(chǔ)能形式。
由于特有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，鋰離子電池目前廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，成為軍事作戰(zhàn)中不可或缺的能量來源。
軍事基地儲(chǔ)能。高原、邊防、海島部隊(duì)距后方基地遠(yuǎn)，能源補(bǔ)給線長(zhǎng)，開發(fā)利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源成為必然趨勢(shì)。采用鋰離子電池儲(chǔ)能，不僅可解決可再生能源發(fā)電間歇性和穩(wěn)定性差等問題，還具備削峰填谷等功能，是解決偏遠(yuǎn)軍事基地能源保障的關(guān)鍵技術(shù)。但目前鋰離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用方面存在安全性較差的問題，遭到火力打擊時(shí)，容易冒煙、起火，甚至引起爆炸。
野戰(zhàn)供電。采用鋰離子電池的方艙式儲(chǔ)能系統(tǒng)沒有柴油發(fā)電機(jī)噪聲大、紅外特征明顯等問題，顯著增強(qiáng)了電能保障的隱蔽性和生存能力。但針對(duì)野戰(zhàn)供電環(huán)境，鋰離子電池存在低溫性能差等問題，如在-40℃條件下，電池的充放電容量不足室溫條件下的一半。
高能武器電源。電磁炮、激光、高功率微波等新型高能武器裝備運(yùn)用越來越廣泛，定向能武器輸出功率越來越大。鋰離子電池以優(yōu)異的倍率充放電能力可用于高能武器的電源。不過，隨著高能武器小型化的發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)有鋰離子電池的體積功率密度仍需進(jìn)一步提高，以滿足車載和機(jī)載武器小型化、輕量化要求。
無人裝備動(dòng)力源。目前主流的小型和微型無人裝備均采用鋰離子電池作為其主要電源。但以鋰離子電池為動(dòng)力源的無人機(jī)，續(xù)航時(shí)間通常在半小時(shí)左右，是制約軍用無人裝備實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用的最大問題。
單兵電源。隨著單兵裝備信息化、可視化以及智能化趨勢(shì)加快，對(duì)電能的需求急速增加。鋰離子電池是目前各國(guó)單兵裝備的主力電源。不過，隨著單兵和班組作戰(zhàn)信息化程度不斷提高，士兵在執(zhí)行任務(wù)過程中，不得不攜帶更多電池。目前高能量密度的電源是制約未來士兵連續(xù)作戰(zhàn)的瓶頸技術(shù)。
因此，未來鋰離子電池的研究將集中在以下幾個(gè)方向。
一是高能量密度。隨著能量密度不斷提高，相同體積或重量條件下電池所蘊(yùn)含的能量更大，可全面提升無人機(jī)、水下潛航器、單兵裝備等的續(xù)航時(shí)間與續(xù)航里程。二是高安全性。通過采用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)可燃有機(jī)電解液，鋰離子電池具有更高安全性，在遭受炮火打擊后不會(huì)引起二次爆炸，滿足大型軍事基地、儲(chǔ)能方艙等對(duì)大容量、高安全儲(chǔ)能的需求。三是高環(huán)境適應(yīng)性。提升低溫條件下鋰離子在電極材料中的擴(kuò)散能力以及電解液的電導(dǎo)率，使電池能夠在嚴(yán)寒條件下正常充放電，從而有效增強(qiáng)野戰(zhàn)電站和武器裝備等的全域作戰(zhàn)能力。四是高功率密度。通過開展相關(guān)研究，使鋰離子電池的快速充放電性能不斷提高，從而滿足新型武器能量瞬時(shí)釋放的脈沖功率需求。
能源是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的物質(zhì)基礎(chǔ)和動(dòng)力源泉，從大型軍事基地到單兵班組，從空天飛行器到水下裝備，鋰離子電池發(fā)揮著非常重要的作用。隨著關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破，鋰離子電池在軍事領(lǐng)域?qū)⒂懈鼜V泛的應(yīng)用前景。
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