能杰電源鄧中一：鎳鋅電池替代鉛酸電池的優(yōu)勢

    “2012中國高新技術(shù)論壇”分論壇“低碳技術(shù)與新能源發(fā)展峰會”演講嘉賓能杰電源系統(tǒng)（深圳）有限公司首席運(yùn)營官鄧中一。

    能杰電源系統(tǒng)（深圳）有限公司首席運(yùn)營官鄧中一博士

    各位領(lǐng)導(dǎo)，各位嘉賓，大家上午好，非常感謝主辦方給我這么好的機(jī)會，向給大家介紹鎳鋅電池技術(shù)，及其他在混合動力電動車、儲能方面的運(yùn)用。

    現(xiàn)在最流行的是鋰電池，在座各位至少每個人身上有一塊，因?yàn)槭謾C(jī)上的電池就是鋰電池，市場上銷售最多的電池是什么?大家對這個答案可能又會猜是鋰電池，實(shí)際上是鉛酸電池，因?yàn)殂U酸電池用在車上面，每個車都有啟動電池，啟動電池就是鉛酸電池，儲能方面用得最多的是鉛酸電池，為什么?一個鉛酸電池用得最久，到現(xiàn)在已經(jīng)有153年的歷史了，尤其跟汽車結(jié)合的時間也是最久的。第二鉛酸電池的成本可能是最低的，下面我的PPT里面有這方面的介紹。

    今天講大家不太熟悉的電池體系，鎳鋅電池，鎳鋅電池是不同的化學(xué)體系。其實(shí)這個電池是老的電池體系，最早愛迪生在100多年前就用這個電池體系。但是鎳鋅電池在可充電電池方面有一個最基本的問題，就是他的新溶解或者是新，能杰公司用了11年時間用在研發(fā)方面，投1個億美元，到現(xiàn)在位置基本上解決了新的溶解或者新的支解問題。這方面能杰公司有80個專利，電解方面的專利還有充電技術(shù)方面的，電池的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)這方面的專利。在中國的鋰電池可能有將近上萬個專利，但是我要說中國的鋰電池技術(shù)基本上沒有核心專利，所有的核心專利都在國外，鎳鋅電池技術(shù)關(guān)鍵的專利能杰公司都有，如果其他地方也有其他的專利，其他的專利都是邊邊角角的專利。所以發(fā)展新的技術(shù)，專利是相當(dāng)重要的，知識產(chǎn)權(quán)非常重要。
    不同電池的功率密度的比較。市場上比較多的是鉛酸電池，鉛酸電池的功率密度和能量密度非常低，但是優(yōu)勢就是成本也低。第二是鎳鋅電池，大家不是很熟悉了，鋰電池的能量密度是最高的，在我的比較里面，它的功率密度和鎳鋅的功率密度可以相比。從成本方面來考慮，鉛酸電池是最便宜的，鎳鋅電池的成本比鋰電池要低，比鉛酸要高。如果大規(guī)模的生產(chǎn)，可能考慮到壽命之間，整個壽命周期來比較，可以跟鉛酸相比，下面我有一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以說明這一點(diǎn)。

    根據(jù)鎳鋅電池的特性，鎳鋅電池用在那些對功率要求比較高的電池體系，在應(yīng)用方面比較有優(yōu)勢。對能量密度要求比較高的地方，鎳鋅沒有優(yōu)勢。但是在混合動力或者是風(fēng)光能、儲能方面的應(yīng)用，鎳鋅具有非常明顯的優(yōu)勢。

    另外一個問題，如果我們用到車上，用到儲能方面，這個用量是非常巨大的，一個不能回避的問題，電池的回收，鋰離子電池回收是比較難的，回收起來沒有用。鉛酸電池污染很重，但是在全球來講回收是最好的，鎳鋅電池回收價值非常好，有90%可以回收，鎳和鋅都可以回收，沒有鉛，也沒有稀有金屬。鎳氫用得比較多，但是有一個問題，在正級是鎳，負(fù)級也是鎳。里面還有一些稀土金屬，我們都知道這個漲價之后，使得鎳鋅電池在成本方面沒有優(yōu)勢。

    另外現(xiàn)在市場上有一個啟停微混車，一定是電池推動這個車，其實(shí)啟停微混電池對車的驅(qū)動不做任何工作，只是車停下來，所有的汽車?yán)锩娴墓δ芏加呻姵貋硖峁?。這里有一個什么問題?歐洲到2015年實(shí)行環(huán)境方面政策，每公里每輛車釋放的二氧化碳是什么?130克，2020年歐洲的標(biāo)準(zhǔn)是90克，現(xiàn)在據(jù)我所知，所有1.4升以上的車，沒有哪一個車達(dá)到130克的，歐洲最好的車也在這個范圍之上2015年如果達(dá)不到這個標(biāo)準(zhǔn)，歐洲的處罰條件是每克90歐元，作為車廠來講這個處罰是相當(dāng)嚴(yán)重的。所以車開的時候，特別是高速公路開車的時候每公里釋放二氧化碳比較少，如果停在那里，發(fā)動機(jī)開著，這時候釋放的二氧化碳很多，如果用上啟停微混系統(tǒng)，基本上可以達(dá)到歐洲的環(huán)保要求。從這個市場來講，啟停微混將會在未來幾年巨大的發(fā)展。其他相應(yīng)的純電動有一些發(fā)展，但是幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有啟停微混車的發(fā)展那么大。為什么?因?yàn)閱⑼Ｎ⒒焓且员容^小的投資渠道，比較大的節(jié)能減排的效果。

    (圖)這是中國北美、歐洲這三方面車的市場情況。簡單的經(jīng)濟(jì)原因使得啟停微混市場會發(fā)展很快。在中國其實(shí)未來肯定是這樣的，據(jù)說現(xiàn)在北汽已經(jīng)開始做啟停微混車了，目前來講主要用的是鉛酸。在全世界范圍里面，據(jù)我所知，法國的標(biāo)志，雪鐵龍用得最多，大概生產(chǎn)120萬部啟停微混，目前他們用的體系還是鉛酸加上超電容，鉛酸的功率還是有問題，但是他們現(xiàn)在正在改變這個方案，這個方案成本比較貴，因?yàn)橛袃蓚€體系，準(zhǔn)備用一個電池體系，用一個電池體系鉛酸可以提高，但是鉛酸提高，實(shí)際上有一定的限度，因?yàn)橛?50多年的歷史了，盡管現(xiàn)在有所提高，但是空間比較少。第二采用鎳鋅電池是一種方式。還有采用鋰電。假如鎳鋅比鉛酸相比，從體積、能量、密度、壽命時間鉛酸電池和鎳鋅的差距還不小。

    這是微混車對電池性能的要求，充電接受能力是非常重要的要求，剛才我講了啟停微混電池對車的驅(qū)動不起任何作用，但是一旦車停下來，電池提供所有的功能都靠電池來提供。假如在交通燈特別多的問題，特別塞車的地方，這個地方跑5分鐘，停10分鐘，對電池的要求是電池的能量密度要比較高。還有第二個要求，假如這個電池的能量密度比較高，還有另外一個功能，也要求充電能力比較好，應(yīng)用就比較好。鉛酸充電的接受能力比較低，特別是在溫度比較高的時候，如果在50度左右，鉛酸電池接受充電的能力大概是0.1C，就是用10個小時才充滿，鉛酸在汽車?yán)锩嬉话闶?0安時，你想想最多能夠接受6安時至10安式的電力才行，否則大了以后就不行。一般的發(fā)動機(jī)分布電流大概是多少?150安，大部分的電能都浪費(fèi)掉了，但是鎳鋅有這個能力，全部接受起來，因?yàn)橹灰?0分鐘，就是3C的充電速度，是20分鐘把電池沖滿，這兩方面的原因使微混車的應(yīng)用，這個電池是非常合適的電池。當(dāng)然還有高低溫的情況。第二個非常大的優(yōu)勢，在溫度范圍非常寬，在零下20到零上60度都可以用1C充電，一個小時充滿電。鉛酸要用10個小時，鎳鋅只要1個小時。如果交通燈繁忙的地方，5分鐘可以接收10倍的電能，下一步停車的時候有足夠的能量解決汽車停下來的所有功能提供。

    在啟停微混車?yán)锩鏈y試標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在全球各家有各家的測試標(biāo)準(zhǔn)，一個比較普遍的接受標(biāo)準(zhǔn)是日本電池協(xié)會提出這樣的標(biāo)準(zhǔn)，是45安時放電50秒，300安時放電1秒，這主要是啟動汽車的時候，把鑰匙一轉(zhuǎn)，就是分支電量，接下來就是充電，做了3600周這樣小的循環(huán)之后，把電全部放掉，這是放電、充滿電的過程中，要擱置48個小時進(jìn)行全部的放電，然后又充滿。這樣的混合標(biāo)準(zhǔn)，測試鉛酸電池跟鎳鋅的比較，右邊是鉛酸測試數(shù)據(jù)，這是日本一家做鉛酸非常好的數(shù)據(jù)，他發(fā)表的文章里的數(shù)據(jù)。黑顏色線是普通的鉛酸電池。藍(lán)色線是服務(wù)業(yè)的鉛酸電池，紅顏色的就是超電池，一般用納米材料或者是碳材料做出來的，大家可以看出來如果我們車上最低電壓是9伏，最好的鉛酸電池大概也只能做到6萬次左右。用鎳鋅電池，即使20萬次以后，他的電壓還在11伏以上。目前車上對電壓的要求，有很多的要求不低11伏，大家通過比較可以看出，從壽命整個生命周期來講鉛酸電池用在這個領(lǐng)域跟鎳鋅比較，誰優(yōu)誰劣大家可以很快知道，鎳鋅電池是鉛酸電池的三倍以上。

    在55度高溫之下測試的數(shù)據(jù)，即使在55度高溫條件下，鎳鋅電池的性能還是非常優(yōu)秀的。
這是滿充滿放，55度C底下做，可以達(dá)到300賽克，大家認(rèn)為這個數(shù)據(jù)不好，鋰電池有的時候達(dá)到1千次，但那個是在適溫底下，這是高溫下。最好的鉛酸電池大概也是100賽克。

    DOD的循環(huán)數(shù)據(jù)，25度C是很平穩(wěn)的，鉛酸電池達(dá)到1530圈就可以達(dá)到要求。鎳鋅很容易達(dá)到這個要求。
    在75度C這個條件下測試的，(左邊圖)，也可以正常工作，鋰電池不行，鋰電池60度鋰巖分解，一分解就不穩(wěn)定，而且在這么高的溫度下效率急劇下降。
歐
    美有一家公司做鉛酸非常好，他評估我們電池的時候，做的數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)非常有意思的是發(fā)現(xiàn)電池下降的時候，加了一點(diǎn)電極，容量馬上恢復(fù)，我們公司的電池即使能量衰減了，絕對不是新電極的溶解使得不工作了，而是因?yàn)殡姌O揮發(fā)了，加上電極照樣可以工作。

    另外測試這個電池，用他們模擬的方法，比如說測試紅顏色的那條線，在這個情況之下可以預(yù)測這個電池可以工作8年4個月，這個數(shù)據(jù)是早期給我的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在可能更多一些。最后經(jīng)過評估，買了我們這個技術(shù)，前幾年是付專利費(fèi)，到以后付百分之幾的銷售。目前正在評估，加上準(zhǔn)備怎么樣生產(chǎn)鎳鋅，主要是在儲能特別是鎳PS應(yīng)用，取代鉛酸很有優(yōu)勢。

    這是克萊斯勒在V8pickup的測試數(shù)據(jù)，我們用的是40安時，其實(shí)V8pickup起碼是80安時，100%的SOC，對于測試結(jié)果他們很吃驚，覺得我們的功率、性能非常優(yōu)異。在40%SOC的測試之下完全通過piuckup的要求。
    鎳鋅放電性能非常優(yōu)良，倍率性能，還有非常寬廣的溫度區(qū)間，比如說倍率性能，從0.25C到2.5C這么放電區(qū)間，左圖在這么不同的溫度底下的放電在負(fù)20度C和負(fù)55度C都可以很好。不同的倍率放電整個容量很小。最主要的特點(diǎn)是他的充電，大家可以看一下充電可以在負(fù)20度C到55度C。這是非常優(yōu)良的，由于有這個性能，在儲能，在混合動力車上面非常優(yōu)良，因?yàn)轱L(fēng)光靠天吃飯，風(fēng)很多，儲電性能接受能力強(qiáng)的就非常適合儲能電池的要求。

    在風(fēng)能以及太陽能這些方面的儲存，這個電池也非常優(yōu)勢，因?yàn)闀r間關(guān)系，我就不細(xì)說了。

    powerGenix是一家美國公司，目前主要生產(chǎn)設(shè)計(jì)開發(fā)都在深圳，最近跟中城建成立一家合資公司，合資公司中城建準(zhǔn)備在新能源方面發(fā)展新業(yè)務(wù)，powerGenix把鎳鋅電池作為能源方面的選擇之一。由于時間關(guān)系。我不細(xì)說了。謝謝大家!