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孫世剛院士:新能源車要沖破電化學的"城墻口"
來源:科技日報 作者:趙漢斌 發布時間:2019年07月01日 15:49
來源:科技日報 作者:趙漢斌 2019年07月01日 15:49

  電動車發展仍落后于規劃,孫世剛院士呼吁——

  新能源車要沖破電化學的“城墻口”

  本報記者 趙漢斌

  “能源是制約我國未來發展最為重要的問題之一。我國2018年原油產量加上凈進口量達6.3億噸,對外依存度高達69.8%。燃油汽車是否能夠持續快速增長?不可能!”中國工程院院士、固體表面物理化學國家重點實驗室學術委員會主任、廈門大學教授孫世剛近日在昆明進行《云南科學大講堂》演講時如是說。

  根據國家統計局和公安部的數據表明,我國汽車銷售量驚人,連續十年位居世界第一位。2018年,全國機動車保有量達3.27億輛,是不折不扣的化石能源消費“大戶”。同年,新能源汽車保有量261萬輛,居世界首位,但僅占機動車保有量的0.8%。

  按照規劃,我國到2020年新能源車保有量500萬輛,2030年達到8千萬至1億輛。“我們的電動車發展速度和規模世界第一,但仍然落后于規劃。電動車的重要性越來越凸顯,為何發展還是相對較慢?電池性能是電動車發展的主要瓶頸!”孫世剛院士說,電動汽車與燃油車競爭的焦點在于速度、續航里程、可靠性以及價格,提高電池能量密度是減小電池自重量、提升巡航里程的關鍵。

  目前,新能源汽車電池主要分為電化學能源儲存和電化學能源轉換兩大類,也就是人們常說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,而氫燃料電池更適合替代柴油機。通常汽車加一次油行駛500公里左右,新能源汽車要達到這一指標,要求電池的能量密度高達500瓦時/千克,相應的電極容量為正極材料需大于250毫安時/克,負極材料需大于1000毫安時/克。

  孫世剛院士說:“看似簡單,但這中間存在很多前所未有的技術問題,需要逐一去解決。”通常,電池的能量密度取決于正極和負極材料的能量容量,其功率密度取決于正極和負極材料的倍率性能,其使用壽命取決于正極和負極材料的循環性能,而快速發展的電動車、規模儲能、5G、AI等對二次電池提出了越來越高的要求,需要進一步突破從正負極材料的藩籬,組合形成不同能量和功率的鋰離子電池,從而滿足電池高能量密度、高功率密度、高安全性、長壽命、寬工作溫度和低成本的要求。目前,鋰-硫電池、鋰-空氣電池或將成為下一代鋰電池的首選,鈉電池也成為儲能電池的重要備選。

  在燃料電池方面,也有諸多難題需要攻克,因為不止是電動汽車,各種地面發電站、偏遠地區能源、心臟起搏器等醫療動力、移動通訊辦公都仰仗燃料電池。目前,要提高車用燃料電池的性能,提升催化材料鉑族金屬的利用率是最大的挑戰。鉑族金屬資源稀少、價格高昂,進一步改善催化劑表面結構與性能是重要的路徑,目前,固體表面物理化學國家重點實驗室,以及云南貴金屬研究所等單位正加緊攻關。此外,開發非貴金屬催化劑也是大勢所趨。

  孫世剛院士還認為,基礎設施建設也是目前新能源汽車發展中面臨的重要挑戰。到2018年底,我國累計建成公共充電樁約72.8萬臺,但這個建設速度,還遠遠跟不上新能源車增長的速度和需求。同時,按照中國汽車工程學會公布的《節能與新能源汽車路線圖》,到2020年,燃料電池加氫站將超過100座;到2025年,超過300座,但截至2018年9月,我國僅有23座運營,26座在建。建設速度慢,成本高昂是一大原因。目前建設一座每天加注200公斤氫氣的加氫站,不含土地成本,需要800萬元至1000萬元人民幣。

  在接受科技日報記者專訪時,孫世剛院士還強調指出,目前我國亟須開發自主知識產權的電化學能源新材料、新體系、發展新機制、新理論。在現階段,我國已有重點布局,設立了許多重點研發項目,把資金投向最關鍵的領域,其中就包含了電池、電控系統等。這個過程中,人才也在不斷提升。另外,全球新能源發展形勢很快,作為市場競爭主體,企業要瞄準一個方向,堅持不懈攻關,不怕失敗,一個問題一個問題解決。

【編輯:黃詩立】
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