Value Engineering 0引言
1881年成功地应用于世界第一辆电动三轮车上，但因铅酸电池存储能量方面的局限性，在上世纪初电动汽车与燃油汽车竞争中失败。目前，能源危机和日益严重的环境污染使汽车技术正经历着燃料多元化、动力电气化等重大技术变革。具有高效节能、低排放或零排放优势的电动汽车重新获得了生机，并受到世界各国的广泛重视，而新能源汽车开发的最大瓶颈是车载动力电池。
动力电池是指具有较大电能容量和输出功率，可配置电动自行车、电动汽车、电动设备及工具驱动电源的电池，通常也包括军事（潜艇，高级智能机器人等）及企事业单位使用的蓄能电池设备、通讯指挥系统的常备电源等[1]。目前国内外当前研究开发的动力电池主要包括铅酸电池、金属氢化物-镍电池、超级电容器、锂离子电池等动力电池。
1铅酸电池
铅酸电池正电极为二氧化铅，负电极为铅，电解液为硫酸。其反
应机理如下：正极：PbSO 4+2H 2O →PbO 2+3H ++H 2SO 4+2e
-
负极：H ++PbSO 4+2e -→Pb+HSO 4-电池总反应：2PbSO 4+2H 2O 圹Pb+PbO 2+2HSO 4-铅酸电池是技术发展最为成熟的动力电池，中国工程院院士杨
裕生曾介绍：“铅酸电池经历150年而不衰，在Ni-Cd 电池、Ni-MH
电池、锂离子电池等新型电池先后上市的几十年中，仍能牢固地占据大部分市场份额；我国电动自行车年产近2000万辆，绝大多少配用铅酸电池；全世界的各种内燃机车，每一辆都用一块铅酸电池，这绝非偶然。”
铅酸电池有很多优点，如：技术成熟、廉价、安全、可回收再利用，缺点是体积大、比容量低、循环寿命不够长，存在铅污染。但铅酸电池近些年开发出许多新技术，如三维及双三维结构电极和全密封式、
管式、水平式等新结构；使用新的铅合金电极，比能量逐渐提高，循环寿命长达4500次。目前铅酸电池的能量利用率不到50％，还有
很大的提升空间。通过不断的技术革新，
铅酸电池这个“老字号”电池也能焕发出新的生机[2]。同时也应该通过引进国际先进工艺技术，对铅酸电池回收再利用认真地解决铅的污染问题。
目前，小型铅酸蓄电池主要用于便携式家用电器，如手提式吸尘器、磁带录像机、电动玩具、报警器、应急照明等，也大量用于计算机和小型不间断电源。中型铅酸电池多用于起动、照明、点火等，如汽车、高尔夫车和自动导向车等都用这类电池。而大型铅酸蓄电池也广泛应用于邮电通讯、瞬时备用电源、大型UPS 电源、太阳能和风能发电系统的配套能源，在负载调峰用电方面也有较多应用。同时，铅酸蓄电池在国内主要应用于电动自行车、电动巴士等[3]。
2金属氢化物-镍电池金属氢化物-镍电池（MH/Ni ）电池是以贮氢合金作负极，氢氧化镍作正极，氢氧化钾水溶液作电解质的碱性蓄电池。该蓄电池利——————————————————————
—作者简介：孙延伟（1977-），男，河南鲁山人，助理工程师，主要从事汽车设计
与制造方面的研究。
动力电池的发展现状及应用
Development and Application of the Power Battery
孙延伟①Sun Yanwei ；田晓光②Tian Xiaoguang ；周东辉①Zhou Donghui
（①郑州日产汽车有限公司，郑州450016；②郑州交通职业学院，郑州450062）
（①Zhengzhou Nissan Automobile CO.，
LTD.，Zhengzhou 450016，China ；②Zhengzhou Transportation Vocational College ，Zhengzhou 450062，China ）摘要：能源危机和环境问题使新能源车的发展重获生机，而新能源车发展的最大瓶颈是动力电源。本文介绍了动力电池的发展现状，论述
了动力电池的工作原理及特点，分析了动力电池在使用过程中的存在的问题，并展望了各类动力电池将来的发展应用前景。
Abstract:Energy crisis and environmental problems make the development of new energy vehicles back to life.For new energy vehicle development,the biggest bottleneck is the power battery.This paper describes the development of power battery,discusses the working principle and
features of power battery,and analyzes
the problems in the course,and prospects for future development of various types of power battery.关键词：铅酸电池；氢镍电池；超级电容器；锂离子电池；空气电池Key words:lead-acid battery ；MH Ni battery ；supercapacitor ；li-ion battery ；air battery
中图分类号：U463.23
文献标识码：A
文章编号：1006-4311（2012）14-0033-02
加强对危岩体的监测，保证生产的安全。妥善处理废土石的堆放，监
测地面的开裂和变形，处理好复垦和植被的保护，监测由于采矿活动致使地下水位下降对附近居民饮用水源的影响，注意减少废水和尾矿对地表水和地下水的污染。
4内排复垦植被的目的和重要意义
建立绿矿山就是把保障资源供应的矿山转移到资源保障和环境保护协调发展上，矿山的环境保护与大区域范围内经济建设、环境保护与社会发展等要综合研究，避免先污染、后治理，根据社会、地区可持续发展的要求来综合研究和统筹规划。全球变化、生态
环境、
大气和海洋灾害等涉及到世界各个国家和地区，矿业环境问题虽有地域性，但大气污染带有全球性。露天采掘不同程度地破坏了生态环境和原有的植被，加剧了水土流失。采用科学合理的采矿方法，将影响降至最低限度，如何把潜在因素控制好，不至于形成地质灾害是矿山致力研究的重要课题。
合理开发利用磷资源，要在开发中保护，在保护中开发，使开采与环境保护同步协调发展，从二十世纪八十年代初期就开始矿山植被恢复工作，先后经历了外排土场摸索植被恢复、内排复垦植被试验研究和推广应用等几个阶段.地质环境治理为缓倾斜露天矿山内排复垦植被技术，将内排复垦与采矿生产工艺相结合，使复垦成为采矿的重要环节，剥离物形成复合台阶式排土场，保护和利用好表
土资源，待排土场停排沉降稳定后，对台阶进行平整、表土铺设、挖塘种植，建设附属设施，为做好后期管护工作创造有利条件。
5结束语
资源综合利用是我国重大的技术经济政策，也是国民经济和社
会发展的战略方针。磷矿资源作为发展磷化工产业的立业之本，
磷化工业持续、
快速、健康发展的关键取决于原料的供应及保障程度。但磷矿资源是有限和不可再生的，对资源进行有效保护，合理的开发利用，兼顾环境效益，才能实现矿山和磷化工的可持续协调发展。在省、市、县国土资源管理部门的高度重视和支持下，在公司的统一
组织、领导下，按照走新型工业化道路和“一湖两江”流域环境治理的要求，推进节能降耗、清洁生产，做好复垦植被，创建节约型、环境友好型企业与和谐的矿山生活环境，实现全面、协调和可持续发展，矿山的资源综合利用水平将会得到不断提高，环保必将取得更好的成效，为保护高原明珠--滇池做出应有的贡献。
参考文献：
[1]陈良坤.云南省磷矿资源开发面临的问题及建议IM&P 化工矿物与加
工，2000，（5）：1-4.
[2]昆阳磷矿环境保护工作汇报材料，云南磷化集团有限公司昆阳磷矿，2008年9月.
[3]薛红梅.煤炭开采中地表塌陷的环境影响预测与评价[J].科技资讯.2008(09).
·33·
价值工程
用吸氢合金在电位变化时具有吸氢或释放氢的功能，以实现电池充
放电，其反应机理为：正极：Ni （OH ）2+OH -
圳充电
放电NiOH+H 2O+e -负极：M+xH 2O+xe -圳充电
放电
MH x +xOH -电池总反应：M+xNi （OH ）2圳充电
放电
MH x +xNiOOH 式中，M 及MH 分别为贮氢合金和其氢化物。
在国家重点攻关计划的推动下，我国金属氢化物-镍电池产业
已初具规模。我国的氢镍电池研究水平是以国家“863”计划中新材
料领域氢镍电池专题的研究成果为代表的，
“七五”期间重点是研究氢镍电池负极储氢材料，“八五”期间的重点是研制氢镍电池并建
立产业化中试基地，
“九五”期间重点则放在氢镍电池的产业化生产上。
氢镍电池是一种集能源、材料、化学、环保于一身的绿环保电
池，具有高能量密度、
大功率、高倍率放电、快速充电能力、无明显记忆效应等特点[6]。基于电池技术的成熟程度、国内配套设施的建设进
度，以及国外新能源车的发展路径，未来几年内，镍氢电池混合动力
汽车仍将是新能源车的主流。
目前，金属氢化物镍电池的研究已取得了丰硕的成果，已进入
商品化阶段，但是在贮氢合金、
氢氧化镍、隔膜、电解液以及电池制造工艺方面还存在不足，如高温自放电、大电流放电、成本价格等
等。特别是用于电动交通、运输工具的大型金属氢化物镍电池，其
循环次数、续航、抗震性、高温充电能力、散热等，均是亟待解决的
问题。
3超级电容器
超级电容器（Supercapacitor ，SC ）也称电化学电容器，是介于传统电容器和蓄电池之间的新型储能元件。
超级电容器的组成结构与化学电池非常相似，也是由正极、负极、隔膜、电解液等组成。主要是
利用电极／电解质界面电荷分离所形成的双电层，或借助电极表面、
内部快速的氧化还原反应所产生的法拉第“准电容”来实现电荷和
能量的储存的。
根据储能机理的不同，超级电容器可分为双电层电容器和法拉
第准电容器（又叫赝电容器）；根据正负极使用的活性物质是否相
同，超级电容器可分为对称型超级电容器和非对称型超级电容器
（也称混合型超级电容器）。现以双电层电容器说明其工作原理：
双电层电容（如图1所示）
是在电极／溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。当对电容器进行充电时，电
解液中的阴、阳离子分别向正、负极迁移，在电极表面形成双电层；
当电容器对负载放电时，电极表面的阴、
阳离子向溶液本体移动，形成放电电流[5]。
高尔夫汽车之家与传统的电容器和二次电池相比，其优点在于循环寿命若干万次，比功率高，储存电荷的能力比普通电容器高，并具有充放电速度快、使用温限范围宽、无污染等特点；其缺点在于比容量小，单位能量投资高。发展超级电容器的关键问题是开拓毫秒-秒级的应用以及如何降低成本。
超级电容器是一种非常有前途的新型绿能源，目前已广泛用
于电动汽车和混合动力汽车中、
用于太阳能、风能发电装置辅助电源，以及军事航天领域并可作为工业领域的后备电源。
4锂离子电池
锂离子电池是目前世界最新一代的充电电池，它的负极是碳素材料，正极是含锂的过渡金属化合物LiCoO 2、LiMn 2O 4、LiFePO 4等，电解质是锂盐的有机溶液或聚合物。充电时，正极中的锂离子脱离
LiCoO 2、LiMn 2O 4或LiFePO 4晶格，经过电解质输运嵌入电池的碳材料负极，放电时则相反[7]。锂离子电池反应是一种理想的可逆反应，
可称之为“摇椅式”锂离子电池体系。以钴酸锂锂电池为例其反应方程式为：负极：LiCoO 2→Li 1-x CoO 2+xLi ++xe -正极：6C+xLi ++xe -→Li x C 6
电池总反应：LiCoO 2+6C 圹Li 1-x CoO 2+Li x C 6
中国国家“863计划”动力电池测试中心主任王子冬曾在北京
举行的“第十六届中国电动车辆学术年会暨第二届电动汽车产业发
展战略研讨会”上，从市场和技术层面全面分析了全球锂离子动力
电池的发展潜力。他指出，
全球锂离子动力电池市场正处于一个重大转型期，在电动车（Ev ）市场需求带动下，预计该市场规模将超过
2000亿元人民币。
与其他蓄电池比较，锂离子电池具有电压高、比能量大、循环寿
命长、安全性能好、无记忆效应、无污染、可快速充放电、自放电小和
工作温度范围宽等优点，且提高潜力大，已成为手机、笔记本电脑等
移动电子设备的基本配备电源。但锂离子电池也存在一些缺点，
如不耐过冲过放电，价格不够低；有的有安全问题等。因此，需要设置
隔膜防止内部短路，需要多重保护机制。目前，锂离子电池正朝着聚
合物锂离子电池、
动力锂离子电池、高性能锂离子电池的方向发展。5金属空气电池
金属空气电池是用金属燃料代替氢能源而形成的一种新概念
的燃料电池，有望成为新一代绿能源。其发挥了燃料电池的众多
优点，将锌、
铝等金属像氢气一样提供到电池中的反应位置，与氧气一起构成一个连续的电能产生装置[8]
。以锌空气电池为例，其化学反
应方程式为：负极：Zn+2OH -→ZnO+H 2O+2e -正极：1/2O 2+H 2O+2e -→2OH -总反应：Zn1/2O 2→ZnO
金属空气电池作为一种完全无污染的能源，不仅具备其他电池
的优点，而且还具有低成本、
放电电压平稳、高比能量、内阻小、储存寿命长、无需充电设备、采用机械式“充电”、“充电”时间短，比功率
高等特点，既有丰富的廉价资源，又能再生利用，而且比氢燃料电池
结构简单，并可制成多种型号与规格的实用型电池，是很有发展和
应用前景的新能源。
金属空气电池以其优势已成为电动车电源的有力竞争者，另外
也可用于小型便携式电子装置用电源，中小型移动电源，水下军用
电源等。
6结束语
本文对动力电池发展与应用做了详细的介绍。铅酸电池作为一
种成熟、廉价、安全的电池并没有过时，仍有竞争力。MH/Ni 电池目前来看具有一定优势，但从长远来说，不宜作为动力电池发展的重点。超级电容器应用需求及市场前景广阔，有望成为本世纪新型的绿能源。锂离子电池动力型蓄电池的主力，是电动技术产业兴起的关键。金属空气电池作为一种高性能的新兴绿能源，是替代传统电池理想更新换代产品。
参考文献：
[1]历海艳，李全安，文九巴，等．动力电池的研究应用及发展趋势[J]．河南
科技大学学报(白然科学版)，
2005，26(6)：35-39．[2]张天任.走向世界的中国新能源汽车电池工业[J].业界论坛,2010,8:13-15.
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[5]许检红，王然，陈经坤等.超级电容器在电动汽车上应用的研究进展[J].电池工业,2008,13(5):344-348.
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[8]冯晶，陈敬超，肖冰.金属空气电池技术研究进展[J].材料导报,2005,19
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