2.3 管型设计的ZEBRA电池
ZEBRA电池也主要采用中心正极的方管型设计,但由于正极电极反应基本在电解质表面进行,不论放电还是充电,正极材料的电阻随放电深度增加而不断增大,离子需要克服向电解质表面扩散的阻力到达电解质表面才能实现电池的持续工作,因此已经实用化的ZEBRA电池将b²-氧化铝陶瓷管的截面设计成如图6所示的花瓣状而不采用常规的圆形,这样离子的扩散路径可以大大缩短,有效地提高电池功率密度。使用这种陶瓷管组装的电池功率密度可以达到115W/kg,使用圆柱管状-氧化铝作为固体电解质时,ZEBRA电池组的功率密度仅约为80W/kg。通过一系列技术上的改进,目前ZEBRA单电池的功率密度可以达到200W/kg,电池组则约为150W/kg。
图7所示是由10个单体电池组成的模块的放电特性和循环性能。从图中可以看到,电池组可以放出与其设计值接近的容量。电池组的容量在3000次循环以上保持稳定。管型设计的ZEBRA电池已经进入市场应用,最早实现规模生产的是瑞士的MAS-DEA公司,美国GE公司自2012年开始也实现了较大规模的商业应用,但目前尚没有其它可实现产业化的机构。
由于ZEBRA电池优异的安全性,已在纯电动和混合动力汽车上展示了良好的应用前景。目前在欧美有超过1万辆ZEBRA电池电动车在运行中,这些电动车包括微型轿车、卡车、货车及大客车等(图8)。德国AEGAngloBatteriesGmbH公司一辆用钠/氯化镍电池组装的电动汽车在3年多时间的实际路试中已运行了大于69000英里(1英里=1609.3m,相当于1200次正常循环)而无需任何维护。使用液冷技术的ZEBRA电池已经被装配在RenaultTwingo、Clio、OpelAstra、奔驰和宝马3系列的汽车中。ZEBRA电池作为新一代车用高能电池已凸显出其强大的优势。