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新能源車(chē)要沖破電化學(xué)的“城墻口”

2019-07-01 08:33:17 科技日?qǐng)?bào)   作者: 趙漢斌  

“能源是制約我國(guó)未來(lái)發(fā)展最為重要的問(wèn)題之一。我國(guó)2018年原油產(chǎn)量加上凈進(jìn)口量達(dá)6.3億噸,對(duì)外依存度高達(dá)69.8%。燃油汽車(chē)是否能夠持續(xù)快速增長(zhǎng)?不可能!”中國(guó)工程院院士、固體表面物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)主任、廈門(mén)大學(xué)教授孫世剛近日在昆明進(jìn)行《云南科學(xué)大講堂》演講時(shí)如是說(shuō)。

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和公安部的數(shù)據(jù)表明,我國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售量驚人,連續(xù)十年位居世界第一位。2018年,全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)3.27億輛,是不折不扣的化石能源消費(fèi)“大戶(hù)”。同年,新能源汽車(chē)保有量261萬(wàn)輛,居世界首位,但僅占機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的0.8%。

按照規(guī)劃,我國(guó)到2020年新能源車(chē)保有量500萬(wàn)輛,2030年達(dá)到8千萬(wàn)至1億輛。“我們的電動(dòng)車(chē)發(fā)展速度和規(guī)模世界第一,但仍然落后于規(guī)劃。電動(dòng)車(chē)的重要性越來(lái)越凸顯,為何發(fā)展還是相對(duì)較慢?電池性能是電動(dòng)車(chē)發(fā)展的主要瓶頸!”孫世剛院士說(shuō),電動(dòng)汽車(chē)與燃油車(chē)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)在于速度、續(xù)航里程、可靠性以及價(jià)格,提高電池能量密度是減小電池自重量、提升巡航里程的關(guān)鍵。

目前,新能源汽車(chē)電池主要分為電化學(xué)能源儲(chǔ)存和電化學(xué)能源轉(zhuǎn)換兩大類(lèi),也就是人們常說(shuō)的充電電池或二次電池,以及燃料電池。按目前的路徑看,鋰離子電池更適合替代汽油機(jī),而氫燃料電池更適合替代柴油機(jī)。通常汽車(chē)加一次油行駛500公里左右,新能源汽車(chē)要達(dá)到這一指標(biāo),要求電池的能量密度高達(dá)500瓦時(shí)/千克,相應(yīng)的電極容量為正極材料需大于250毫安時(shí)/克,負(fù)極材料需大于1000毫安時(shí)/克。

孫世剛院士說(shuō):“看似簡(jiǎn)單,但這中間存在很多前所未有的技術(shù)問(wèn)題,需要逐一去解決。”通常,電池的能量密度取決于正極和負(fù)極材料的能量容量,其功率密度取決于正極和負(fù)極材料的倍率性能,其使用壽命取決于正極和負(fù)極材料的循環(huán)性能,而快速發(fā)展的電動(dòng)車(chē)、規(guī)模儲(chǔ)能、5G、AI等對(duì)二次電池提出了越來(lái)越高的要求,需要進(jìn)一步突破從正負(fù)極材料的藩籬,組合形成不同能量和功率的鋰離子電池,從而滿(mǎn)足電池高能量密度、高功率密度、高安全性、長(zhǎng)壽命、寬工作溫度和低成本的要求。目前,鋰-硫電池、鋰-空氣電池或?qū)⒊蔀橄乱淮囯姵氐氖走x,鈉電池也成為儲(chǔ)能電池的重要備選。

在燃料電池方面,也有諸多難題需要攻克,因?yàn)椴恢故请妱?dòng)汽車(chē),各種地面發(fā)電站、偏遠(yuǎn)地區(qū)能源、心臟起搏器等醫(yī)療動(dòng)力、移動(dòng)通訊辦公都仰仗燃料電池。目前,要提高車(chē)用燃料電池的性能,提升催化材料鉑族金屬的利用率是最大的挑戰(zhàn)。鉑族金屬資源稀少、價(jià)格高昂,進(jìn)一步改善催化劑表面結(jié)構(gòu)與性能是重要的路徑,目前,固體表面物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,以及云南貴金屬研究所等單位正加緊攻關(guān)。此外,開(kāi)發(fā)非貴金屬催化劑也是大勢(shì)所趨。

孫世剛院士還認(rèn)為,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也是目前新能源汽車(chē)發(fā)展中面臨的重要挑戰(zhàn)。到2018年底,我國(guó)累計(jì)建成公共充電樁約72.8萬(wàn)臺(tái),但這個(gè)建設(shè)速度,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上新能源車(chē)增長(zhǎng)的速度和需求。同時(shí),按照中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)公布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)路線圖》,到2020年,燃料電池加氫站將超過(guò)100座;到2025年,超過(guò)300座,但截至2018年9月,我國(guó)僅有23座運(yùn)營(yíng),26座在建。建設(shè)速度慢,成本高昂是一大原因。目前建設(shè)一座每天加注200公斤氫氣的加氫站,不含土地成本,需要800萬(wàn)元至1000萬(wàn)元人民幣。

在接受科技日?qǐng)?bào)記者專(zhuān)訪時(shí),孫世剛院士還強(qiáng)調(diào)指出,目前我國(guó)亟須開(kāi)發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電化學(xué)能源新材料、新體系、發(fā)展新機(jī)制、新理論。在現(xiàn)階段,我國(guó)已有重點(diǎn)布局,設(shè)立了許多重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目,把資金投向最關(guān)鍵的領(lǐng)域,其中就包含了電池、電控系統(tǒng)等。這個(gè)過(guò)程中,人才也在不斷提升。另外,全球新能源發(fā)展形勢(shì)很快,作為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)主體,企業(yè)要瞄準(zhǔn)一個(gè)方向,堅(jiān)持不懈攻關(guān),不怕失敗,一個(gè)問(wèn)題一個(gè)問(wèn)題解決。




責(zé)任編輯: 李穎

標(biāo)簽:新能源車(chē),電化學(xué),電動(dòng)車(chē)