电池革命为汽车重新“定义”
编辑：admin 日期：2019-12-29 09:49:21 / 人气：
电池，已经深度融入人们生活的方方面面。其中，问鼎2019年诺贝尔化学奖的锂电技术在汽车、手机、笔记本电脑等领域广泛应用。目前，我国新能源汽车市场保有量和增量双双位居世界第一，电动汽车的“油箱”备受关注。那么，电池技术将如何推动汽车产业的进步，让人们出行更加便捷、安全？在中国科协近日推出的“科学麻辣烫”活动上，3位专家聚首，共同探讨电池革命对汽车领域发展的影响。
电池革命是否到来？
说起电池，很多人的第一印象不过是生活中“微”不足道的电子配件。起初，科学界也把电池归为电子元器件类别加以研究开发。而随着电子产品快速普及，人们对能源的需求日益增大，电池的地位水涨船高。
“上世纪，传统化石能源的无序发展和使用导致环境污染严重，新型清洁能源和大规模储能系统成为当前新的发展热点，需要具有优良电化学性能、绿色环保、价格低廉的二次电池来构建‘电力银行’。”北京理工大学材料学院教授陈人杰告诉记者，二次电池是新型清洁能源交通的核心技术，5G移动通讯、航空航天等领域都对其安全性、能量密度、环境适应性等性能提出更高要求。
“出不了远门”。生活中，电动汽车的续航问题时常困扰用户。其实，科学家一直致力于提升电池“电力”，从铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池，再到现在的锂离子电池，通过理论突破、材料创新，电池的能量密度一直不断提高。“与现有锂离子电池相比，锂硫电池的能量密度可以更高。”陈人杰介绍，目前他和研究团队正针对电池能量密度、循环性能、功率特性和安全性等方面逐一提出改进思路和研究策略，希望通过材料的革新真正开发出更优性能的锂硫二次电池体系。
电池革命仅仅发生在材料领域吗？答案显然是否定的。通过合理、高效的充放电管理也能让电池使用更加持久。“动力电池系统的性能不仅取决于单个电池，鉴于其具有的‘木桶效应’和充放电末期的‘扫帚效应’，加强对动力电池组的能量、安全、耐久性管理也很重要。”北京理工大学机械与车辆学院教授何洪文表示。
而伴随着锂电池技术进步，以及整车、电机、电池和电控技术不断完善，使得高性能、长里程电动车成为可能。“长续航里程设计是目前电动汽车性能升级的特征之一。”何洪文举例，北汽纯电动车续航里程由最初的140公里升级到目前的500公里以上，续航里程对电动汽车来说已不是问题。
电动汽车值得买吗？
如今，穿梭在大街小巷的绿牌车越来越多，而与新能源汽车市场一同生长的，还有观望者的疑问。
电动汽车充电时间长？专家表示，技术创新也在推动完善汽车充电方案。不仅有慢充、快充、无线充电等多样化充电解决方案，公众还能通过“换电”的方式实现能源快速补充，有效提升电动汽车驾驶体验。
电动汽车成本高？何洪文不这么认为。他说，“电动汽车的售价可能偏高，但从汽车的购置成本、使用成本和维保成本等全生命周期综合成本来看，以10年为单位计算可以得出：电动汽车的全生命周期成本比传统汽车还要节省约10%”。
还有消费者最关注的安全问题。车辆电池着火消息不时见诸报端，电动汽车还能让大家放心购买吗？“虽然电动汽车暴露出一些安全隐患，但可以从安全的动力电池材料体系、动力电池的安全管理方面解决问题。”何洪文说，我国已率先建立新能源汽车三级监管平台，积累了充分的一手数据，努力完善电动汽车的安全性能。
“其中，改进电池的安全性可以从两方面入手：一是电池材料的设计优化和改性，最直接的方法就是对不同电解质材料开展创新；二是改进电池的结构和制备工艺。”对此，陈人杰解释，现有锂离子电池主要仍使用易燃易挥发的有机液态电解液，热稳定性差、易发生安全事故。“而固态电池是二次电池发展的重要方向，它的关键技术是研究开发性能优良的固态电解质，并实现其与电极材料的良好相容——这些工作既是当前研究的热点也是难点，还需要我们持续攻关和创新。”
“汽油车发展经历了130多年历史，消费者对电动汽车也要有耐心，行业各相关方需要从目前暴露出的安全隐患着手，解决电动汽车里程、成本和安全等一系列问题。”何洪文认为，电池安全管理技术完善是一个体系化积累的过程，需要对电池开展基于模型和数据的安全在线评估，保证电池的安全；一旦电池发生问题需要开启主动管控，保证车辆安全；利用整车的主动防护设计举措，为极端情况下留出足够的人员逃逸时间，保证人员安全。总之，建立电动汽车安全风险多级管控长效机制，是保证电池状态稳定和车辆安全的关键。
随着科技进步，大数据、云管控、智能化为完善动力电池的安全管理提供了新契机。何洪文表示，通过安全的电池材料体系升级，再辅以智能化的动力电池管理，可以进一步完善动力电池系统的安全性能。同时，随着碳交易政策的推行，电动汽车全寿命周期的成本优势及规模化市场效益还将日益凸显。“车辆电动化是国际公认的发展趋势，汽车性能提升导向对新型电池的需求也在不断提高，电池技术革命一直在路上。”何洪文表示。
换电池还不如换车？
2013年，北京开始纯电动汽车在私人领域的示范推广，我国首批电动汽车车主诞生。如今6年时间过去，一批又一批车主选择了电动汽车，但是随之而来的是新能源汽车电池面临报废潮，换电池的高昂价格让他们感叹，“换电池还不如换车”。
随着越来越多的电动汽车投入市场，废旧电池的处理成为难题。“2018年，我国报废电池达6000吨左右，3年后的数据会达到20万吨至30万吨，这对工业解决方案的要求特别迫切。”全国废弃化学品处置标准委员会委员林晓说，必须对报废电池资源开展规范回收，防止污染和安全风险。
“电动车报废电池的关键问题在于收集渠道和资源化利用。旧手机、充电宝等电子产品的回收处理尚未建立合规渠道，如何从消费者手中收集电动车报废电池，在解决安全隐患的同时又能回收资源，这是未来最大的挑战。”林晓向记者展示了一组数据，一台纯电动汽车的电池从自动化组装到出库最快仅需2分钟，但电动车的电池拆解则需要2名工人操作近8小时；另据统计，我国消耗的锂资源中，来自回收的锂资源占比不到10%，部分电池仍然没有得到有效回收利用。
随着锂电池的规模化、高镍化，其价格也越来越低。过去10年中，电池的价格已经降至原来的十分之一，材料溢价的部分日益减少，这意味着电池材料中的金属元素价格已经越发接近电池价格。林晓表示，通过电池回收可以基本实现盈利，但仍需探索更加成熟的工业解决方案。目前，锂离子电池的回收技术在常规消费领域已经存在，但动力电池的材料和系统不一样，亟待进一步研发来解决问题。
“废旧电池的处理不应再走先污染后治理的老路。”陈人杰建议，电池在设计制造源头要选择对环境非常友好的绿色电池材料，同时要兼顾电化学性能，构筑绿色电池体系，通过再设计、再利用、再回收，真正达到电池的绿色指标。
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