双极电池：“狂躁”是我们应该使用的术语吗？

我正在阅读有关密歇根州克莱尔市一家名为Advanced Battery Concepts （简称 ABC）的创新公司的信息。他们开发了双极电池技术，有望再次推动铅酸电池行业成为众人瞩目的焦点。对于这个被认为处于暮年的古老行业来说，与锂离子和镍氢钴等竞争技术的竞争，这确实是了不起的。但是什么让这项技术如此非凡呢？也许更重要的是，什么是双极电池以及我们为什么要关心？

简短的历史基础

我将尝试使我的术语和定义尽可能简单，并将它们的示例与您可能认识的名称和品牌联系起来。首先，让我们从发明者开始。

双极电池的概念已经存在近 100 年了！1978 年诺贝尔物理学奖获得者彼得·卡皮察 (Pyotr Kapitsa) 早在 1924 年就首次提出了双极电池背后的理论。这位出生于俄罗斯的科学家因许多发现而闻名，其中包括超流动性，这种现象允许液氦在极低的温度下，无阻力地流动。

目前，密封铅酸电池主要有两种形式。方形电池和螺旋电池。棱柱形电池（可能被一些人称为单极电池）是迄今为止最广泛采用和使用的公司，例如 East Penn (DEKA) Manufacturing、MotoBatt、Yuasa和 Trojan。这种螺旋式电池由江森自控以 Optima 品牌进行销售。

螺旋电池尽管具有很强的抗振性，但受到无法使用的空隙空间的限制（图上有两个圆圈，每行三个。圆圈和电池边缘之间的空间被浪费了）。活性材料的这种限制意味着您无法利用电池该区域的任何功率增益。棱柱形电池具有蚂蚁逐一行进的效果，电子必须从挑战的一端开始，沿着整个路径到达另一端。（我加入“挑战”这个词是为了让这个过程看起来更邪恶，但事实并非如此）。穿过悬挂网格的连续路径增加了内阻，从而产生多余的热量。再次对功率和能量密度进行限制。

相比之下，双极设计允许更直接的路线。电子可以直接穿过电池，而无需先“探索”电池深处。双极电池的优点早已为人所知。它们应该提供均匀的电流密度、增加的活性材料利用率、更高的能量密度、更高的功率密度和更简单的结构。然而，尽管无数组织做出了努力，但成本和技术限制限制了实际应用。

但这一切都改变了！

双极电池的优势

ABC 成功设计了双极铅酸电池，并开发并实施了商业上可行的制造工艺。是的！这就是对双极电池变得狂热的原因。当他们共享和许可这项技术时，预计将在未来几个月和几年内听到主流制造商的公告。新的“绿色和清洁”主张将被提出，因为与标准铅酸棱柱形电池相同尺寸的占地面积会减少浪费并产生更多电力。我认为动力、电信和可再生能源大型电池组将首先采用该技术。此后，我想说工业、休闲车和船舶市场将引入它，其次是汽车市场，也许还有动力运动市场。

让我们更仔细地研究一下“能量密度”，以帮助创造人们对这项技术的狂热感。我听说铅酸电化学的理论能量密度是167Wh/kg。当今最好的铅酸电池可达到约 38Wh/kg。换句话说，他们的效率只有 23%（四舍五入）。这种新的双极技术可以制造出 50Wh/kg 至 63Wh/kg 的电池。与市场上的同类电池相比，提高了 30% 至 65%！

以下是一些潜在的好处：

• 更高的能量密度- 效率为 37%，与 23% 或更低的效率相比
• 更小的物理尺寸- 最多可缩小 30%
• 充电速度更快- 充电时间减少 50%
• 周期更长- 2 倍到 6 倍的改进
• 极高的抗振性- 更少的内部组件发生故障意味着性能提高高达 20 倍
• 降低系统安装成本- 可以构建更高电压的单体
• 电池组发热量更低- 延长电池循环寿命并降低拥有成本
• 新颖的形状- 可以遵循不均匀的形状；三角形、圆形、长矩形都是可能的。
• 电池可用作结构部件- 示例：将座杆直接组装到电动自行车的电池上
• 可设计用于能源或电力或两者兼而有之- BCI Group 24 电池提供超过 1,200 CCA（传统 CCA 的 2 倍），并额外提供 20% 以上的能量。