今天才知道，铅酸、石墨烯、胶体、锂电池区别非常大，看完涨知识

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电动车是高度依赖于电能驱动的交通工具，而储存电能的装置，我们把它叫做电池，它其实不仅存在电动车上，生活中常见的电子产品，都离不开电池，只不过，目前很多设备主流的电池都是锂电池，比如手机、电动汽车，但电动车在电池的选择上，可选性却会更多。

尤其电动车在续航上基本没有下限的要求，又结合电动车的价格悬殊较大，需要的功能不同，配置的电池类型也是多样化的，但主流的电池集中在铅酸、石墨烯、胶体、锂电池这4种，对于很多车主，在选择车辆的时候搞不清楚这几种电池的区别，小行家作为电动车的从业者，今天一次性说清楚，让您看完涨知识，不用再选到和自己需求不匹配的电池了。

铅酸电池是基础电池

铅酸电池可以说是电池的“鼻祖”，它于1859年发明，距今已有超150年的发展历史，而且，即便电池是迭代更新，但铅酸电池至今未被淘汰，尤其在两轮电动车领域，铅酸电池的应用还是主流，之所以会这样，是因为目前铅酸电池已经是基础电池。

铅酸电池由于具有“低成本、高安全性”的优势，它虽然带着寿命不好，比较笨重等一些缺点，但它的内核优势是不容忽视的，因此，很多迭代更新的电池，都是在它的基础上升级，常见的黑金电池、石墨烯电池、胶体电池等等，本质上都是铅酸电池。

石墨烯是在3大方面升级的铅酸电池

近几年，电池行业出现一匹黑马，那就是石墨烯电池，也有品牌把它叫做黑金电池，虽然是一种新名字，但这种电池并不是完全创新性的电池，它是在基础电池的基础上，进行了增加石墨烯元素，实现3大方面升级的铅酸电池，具体的包括：

（1）、寿命的升级，石墨烯电池循环充放电次数普遍为800~1000次，基础铅酸电池为250~400次，常规使用，石墨烯电池会比铅酸电池的耐用性多一倍左右。

（2）、电池密度的升级，电池密度影响了蓄电能力，石墨烯电池的能量密度普遍在80-120WH/KG，铅酸电池的能量密度一般仅为40-70WH/KG，这也代表着同规格的电池，石墨烯电池存电更多，那么，续航也会更高。

（3）、充电的升级，电动车充电的时间比较长，这是亟需解决的问题，而石墨烯电池在这个方面实现了升级，它可以快速的接收输入电流，因此，它可以做到实现快充，铅酸电池充电8个小时的时长，它可以做到1~2个小时就能充满。

胶体电池是为“抗寒”打造的铅酸电池

了解完石墨烯电池和普通电池的区别，再来看看市场上还有一类电池，尤其是我国北方的电动车很青睐搭载这类电池，那就是胶体电池，这是一种可以“抗寒”电池，普通的电池一般低于0摄氏度充电效率很低，低于零下15℃就不能正常充放电，而且，它的续航也会下降很严重，胶体电池的出现，就是为了克服普通铅酸电池不耐低温的问题。

铅酸电池之所以特别怕冷，是因为它的电解液为液态，而液态遇冷就会快速冷却，影响电池内部的正常工作，所谓胶体电池，它的电解液采用凝胶状或水性胶体，这样的做法，虽然在寒冷冬天续航还是会有一定影响，但零下到零下15℃的寒冷天气，它的工作效率会远高于普通的基础铅酸电池，但本质上，它的生产工艺和铅酸电池完全一样，它还是铅酸电池，区别就是更耐寒。

锂电池和铅酸电池是一种互补关系

上面介绍的3种电池，都属于铅酸电池，只不过石墨烯电池提升了3大性能，而胶体电池提高了耐寒性，但这里说的锂电池，和铅酸电池有本质的区别，从材质来说，锂电池采用“锂金属”而非“铅材料”，它的制造工艺也会更复杂。

因为材质、工艺等方面的不同，锂电池其实相比铅酸电池，在重量、寿命、续航、耐低温等多个方面，都是一种互补关系，铅酸电池弱的地方，锂电池都会有效改善，当然，铅酸电池的2大优势“安全性高、价格低”，这是锂电池缺乏的。

铅酸、石墨烯、胶体、锂电池怎么选不会错？小行家出主意

上述内容为大家介绍了铅酸、石墨烯、胶体、锂电池这4类电池的特性以及和其他电池存在的差异化，那么，结合上面的介绍，我们如何匹配自己对于电动车的需求，来选择适合自己的电池呢？小行家下面来说说我的主意，希望给您有参考价值。

1、以实惠为第一要素，选择铅酸电池，它不仅买的时候便宜，报废的时候还能以旧换新折价，回收价值很高，在目前主流的4类电池中，最为实惠。

2、以实惠＋性能提升，选择石墨烯（黑金）电池，如果想要实惠，但又要兼顾它的性能，比如电动车需要100公里以上的高续航，这个时候可以选择石墨烯电池，比较实用。

3、冬天天气会低于零下10℃，这个时候建议选择胶体电池，无论是铅酸电池还是锂电池，它在这个问题下，电动车续航都会大打折扣，胶体电池却相对受到的影响较小。

4、高配电动车首选锂电池，如果您选择的电动车，价格已经是中高档车型，那么，锂电池会是首选，它会在寿命、续航上都会得到提升，尤其是大功率的电动车，锂电池和大功率电机能够很好的搭配，提升电动车的性能。

上面为大家详细地介绍了铅酸、石墨烯、胶体、锂电池这4种电池的区别，总的来说区别还是非常大的，而具体的来看，这4种电池，其实就是“铅酸电池”和“锂电池”的竞争关系，很多人都说锂电池是绝对的“王者”，但在追求便宜和安全的两轮电动车上，小行家觉得铅酸电池和锂电池是“各有所长”，谁都没有碾压式的优势。

液流电池最终能超越锂电池吗？

在莫妮卡驾驶电动汽车前往母亲家的路上， 电池电量显示该充电了。她在一个充电站停下来，在泵上刷了一下信用卡，然后将管口插入汽车，用了5分钟的时间，将400升已耗尽电量的纳米流体换成新的液体。在她等待的时候，一辆罐车停了下来给充电站补充燃料，用数万升已充电燃料替换电量已耗尽的燃料。莫妮卡关闭电动汽车燃料补给口，开车上了高速公路，现在，她的电动汽车储存的能量足以行驶640公里。

她的电动汽车使用的是一种液流电池，这种设计可以快速更换电量耗尽的电解质或者直接给电池充电，不过后者需要较长的时间。液流电池具有安全、稳定、耐用且易于再加注的特性，非常适合用于平衡电网、提供不间断电源和备用电源。

不过，这种电池使用的是一种被称为“纳米电燃料”的全新液体。与同等大小的传统液流电池相比，它可以存储的能量要高15至25倍，电池系统可以小到用于电动汽车，同时能量密度足以提供汽油动力车的续航里程，实现快速燃料再加注。这是美国国防部高级研究计划局（DARPA）战略技术办公室正在进行的一个项目，旨在努力推动军方在2030年前装备全电动补给车和在2050年前装备电动战术车，并预期衍生为民用项目。

在军事行动中使用锂电池会产生一系列问题：需要充电基础设施，这对于美国军方来说意味着要在通常不适宜居住的地方部署充电基础设施；充电时间长；存在热失控的危险，可能引发火灾；锂电池的工作寿命相对较短；获取电池材料较为困难；当旧电池不再好用时，不易回收。能缓解这些问题的电池是DARPA的目标。新的液流电池似乎符合每一项要求。如果可行，对交通电气化的好处将是巨大的。

纳米电燃料电池是一种新形式的氧化还原液流电池。 这种设计于近一个半世纪前首次提出，在20世纪中期恢复了活力，被用于建造月球基地，然后又进一步改进用于电网储能。

液流电池的电芯使用了两种含离子化学溶液，一种用作阳极液（靠近阳极），另一种用作阴极液（靠近阴极）。两种溶液之间的电化学反应推动电子流过电路。一般的氧化还原液流电池使用基于铁铬或钒离子的化学物质，其中基于钒离子的化学物质利用了4种不同的钒离子状态。

从反应的化学方面来说，两种溶液被连续泵入电池电芯分隔的两边。隔膜将两种溶液隔开，离子透过隔膜从一种溶液进入另一种溶液。从电流角度来说，电流从一个电极进入外部电路，转一圈，然后返回到相反的电极。电池可以通过两种方式充电：一种是像传统电池那样，通过反向电流给两种溶液充电，另一种是用充满电的溶液替换耗尽电的溶液。

除了在性能和安全性上优于锂电池外，液流电池也更容易扩展：如果想储存更多能量，只需增加溶液储存罐的大小或提高溶液的浓度；如果想提供更多电力，只需堆叠更多的电池芯或增添新的电池堆。

伊利诺伊州内珀维尔Volta能源技术公司的技术负责人、液流电池专家卡拉•罗德比（Kara Rodby）表示，这种可扩展性使液流电池适用于高达100兆瓦的应用，例如平衡电网中的能量流动。

然而，在给定的体积和质量下，传统液流电池只能储存很少的能量，其能量密度只有锂离子电池的10%。罗德比解释道，这与水溶液能容纳的物质数量有关。一杯水只能溶解一定量的盐。

因此，到目前为止，液流电池对大多数应用来说都过于庞大。为了将它们缩小到足以安装在电动汽车上，需要将它们的能量密度提高到锂离子电池的水平。

增加液流电池容量的一个好方法是用纳米流体， 它可以将纳米粒子保持在悬浮状态。这些粒子与传统液流电池中溶解的离子一样，在电极表面进行氧化还原反应，但纳米流体的能量密度更高。重要的是，与其他悬浮体（例如水中的沙子）不同，纳米流体被设计成可无限期保持悬浮状态。这种无限期悬浮有助于粒子在系统中移动并与电极接触。这些粒子可以占到液体重量的80%，却不会像机油那么粘稠。

针对这一应用，阿贡国家实验室和伊利诺伊理工学院的研究人员于2009年首次研究了在水基电解质中悬浮的纳米流体。科学家们发现，这种纳米流体电池系统的储能潜力接近锂离子电池，并且液流电池还可以用泵充电。此外，可以用易于获得的廉价矿物制造纳米颗粒，例如可分别用氧化铁和γ晶型二氧化锰制作阳极和阴极。

此外，由于纳米电燃料（NEF）是一种水悬浮液，所以它不会着火或爆炸，如果电池泄漏，这种材料也没有危害性。这种电池具有-40℃至80℃的超宽工作范围。

Influit Energy公司的创始人约翰•卡苏达斯（John Katsoudas）强调了其公司设计的电池与传统液流电池的区别。“我们的新颖之处在于，虽然做的是别人已经（对液流电池）做过的事情，但我们用的是纳米流体。”他说。

卡苏达斯补充说，随着基础科学问题的解决，团队正在开发一种额定能量密度为550至850瓦时/公斤或更高的电池，而标准电动汽车锂离子电池的能量密度为200至350瓦时/公斤。预计，更大型号的电池在支持电网方面也将超越老式液流电池，因为纳米电燃料可以重复使用的次数不低于与液流电池（循环1万次及以上），而且可能更便宜。

他说，这种燃料将根据需要生产，最终达到取代化石燃料的规模。这种燃料可以像今天的汽油一样通过油罐车或升级现有的管道运输到补给站。补给站中已用完的燃料可以用任何来源的电力进行再充电，包括太阳能、风能、水电、核能，以及化石燃料。充电也可以在服务站或电动汽车上进行。在后一种情况下，充电方式与今天的电池电动汽车一样。

如果发生油罐车事故或管道破裂怎么办？

“纳米电燃料会变成一种浆糊状物质，把它扫起来即可。”卡苏达斯解释道。他又补充说，如果不想等它变干，可以加入更多的水来降低酸性，“然后打扫一下就可以了”。

你不会想把那些东西扔掉。“收集起来的东西是电池中最有价值的部分。”他说，“很容易将活性材料加工成可以重复使用的新纳米流体。”

这种带电的液体混合物有哪些风险呢？卡苏达斯表示，该公司已经证明，将阳极液和阴极液直接混合造成的安全隐患非常小。下一代纳米电燃料材料将使用相同的液体，可以将风险降到最低。

从各方面来看， 纳米电燃料液流电池似乎比锂离子电池更适合电动汽车和更大的系统。预计，目前这一代纳米电燃料，加上围绕它打造的整个燃料生产、分销和回收生态系统，在电动汽车上应用的成本约为130美元/千瓦时；相比之下，锂离子电池的成本约为138美元/千瓦时。诚然，锂离子电池的成本将在几年内降至100美元/千瓦时以下，但Influit Energy公司预计其下一代纳米电燃料液流电池也将进一步下降至50至80美元/千瓦时左右。下一代系统的能量密度应该是目前锂离子系统的5倍。

下面，我们将介绍一下这对电动汽车来说意味着什么。

目前，普通的电动汽车电池的体积与400升纳米电燃料液流电池差不多。如果纳米粒子占燃料重量的30%，电动汽车的续航里程将只有105公里；将这一比例提高到40%，续航里程将攀升至274公里；达到50%时，它可以行驶362公里；达到80%时，为724公里。这些结论都是在液流电池储存罐的大小保持不变的假设下得出的。

科福德表示，对于军方来说，纳米电燃料电池比锂离子电池和内燃机具有更明显的优势。在军用作战车辆中，保护车辆的化石燃料箱至关重要，但这种额外的保护会增加很多重量，要求车辆具有更重的悬架；而增加的重量又会减少续航里程和有效载荷。锂离子电池本身很重，容易起火，为了防止被炮弹击中，需要更重的外壳防护。

相比之下，纳米电燃料电池具有耐火性，因此重量和安全问题大大减少。科福德说：“在系统层面，如果我们能够采用一种安全的化学物质，就不需要在电池中使用太多的内部封装。”他补充道，它们不会散发出太多热量，因此很难从远处观测到。

与此同时，民用纳米电燃料液流电池也很诱人，尤其是在航空领域。美国国家航空航天局高级空中机动首席战略家斯塔尔•吉恩（Starr Ginn）表示，降低电动飞机防火安全系统的要求也是一个亮点。

吉恩说，有了纳米电燃料，“就不再需要高功率电缆，也没有电磁干扰问题。”纳米电燃料“在不断地减少对制造电动飞机带来困难的因素”。

这项技术的发展可能会面临两个障碍：市场力量和竞争技术。

锂离子电池是一项成熟的技术，拥有成熟的市场。人们在各种锂电池的开发和改进过程中投入了数千亿美元，政府承担了其中大部分投资。例如，美国DARPA、能源部和国家科学基金会正在与多家公司合作克服锂电池的局限性。欧盟、韩国和其他地方的政府研究机构也在资助类似的研究。

然后是技术竞争。几乎每天都有关于锂离子电池新进展的消息。中国科学院的研究人员在一份报告中提出了一种711瓦时/公斤的锂离子电池。一家中国制造商声称，新型磷酸锰铁锂电池可使电动汽车单次充电行驶1000公里，且使用寿命达130年。还有一些成果涉及锂电池快速充电和在军用车辆使用安全性方面的重大改进与提高。

此外，还有非锂基的新型电池化学物质，例如钠离子和石墨烯电池。同时，使用液态金属技术的电网级电池，以及使用锂硫改进传统液流电池的技术也取得了进展。

当然，纳米电燃料在船舶、火车或飞机等其他应用场景也可找到用武之地。例如，大的集装箱货船运载着约1500万升燃料。如果其中一部分是可以持续充电的纳米电燃料，就可能减少货船的碳足迹。

历史上有很多非常卓越的技术，只因出现得太晚或太早而无法取代在位技术。纳米电燃料液流电池似乎正在超越我们今天现有的技术，或许它会很幸运。

作者：Robert N. Charette

来源：悦智网

编辑：阿泊

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