电池革命为汽车重新“定义”

电池革命为汽车重新“定义”
在上汽大众新能源汽车生产车间内,工作人员在生产流水线上作业。 新华社记者 丁 汀摄 世界新能源汽车大会展出的不同性能氢燃料电池发动机。本报记者 郭静原摄 充电时间长、用车成本高,电动车靠谱吗?冬天驾驶电动汽车,续航能力明显降低,有好的解决办法吗?报废电池可以无害化处理吗?电池技术革命正对汽车领域产生深刻影响,如何让它为便捷、安全出行保驾护航,专家为您答疑解惑。 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。(经济日报・中国经济网记者 郭静原)

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