伴隨鋰電池以及相關(guān)技術(shù)不斷進(jìn)步，高性能、長(zhǎng)里程電動(dòng)車成為可能——

電池革命為汽車重新“定義”

經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)·中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)記者 郭靜原

在上汽大眾新能源汽車生產(chǎn)車間內(nèi)，工作人員在生產(chǎn)流水線上作業(yè)。 新華社記者 丁 汀攝

世界新能源汽車大會(huì)展出的不同性能氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。本報(bào)記者 郭靜原攝

充電時(shí)間長(zhǎng)、用車成本高，電動(dòng)車靠譜嗎？冬天駕駛電動(dòng)汽車，續(xù)航能力明顯降低，有好的解決辦法嗎？報(bào)廢電池可以無(wú)害化處理嗎？電池技術(shù)革命正對(duì)汽車領(lǐng)域產(chǎn)生深刻影響，如何讓它為便捷、安全出行保駕護(hù)航，專家為您答疑解惑。

電池，已經(jīng)深度融入人們生活的方方面面。其中，問(wèn)鼎2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的鋰電技術(shù)在汽車、手機(jī)、筆記本電腦等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前，我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)保有量和增量雙雙位居世界第一，電動(dòng)汽車的“油箱”備受關(guān)注。那么，電池技術(shù)將如何推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，讓人們出行更加便捷、安全？在中國(guó)科協(xié)近日推出的“科學(xué)麻辣燙”活動(dòng)上，3位專家聚首，共同探討電池革命對(duì)汽車領(lǐng)域發(fā)展的影響。

電池革命是否到來(lái)？

說(shuō)起電池，很多人的第一印象不過(guò)是生活中“微”不足道的電子配件。起初，科學(xué)界也把電池歸為電子元器件類別加以研究開(kāi)發(fā)。而隨著電子產(chǎn)品快速普及，人們對(duì)能源的需求日益增大，電池的地位水漲船高。

“上世紀(jì)，傳統(tǒng)化石能源的無(wú)序發(fā)展和使用導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重，新型清潔能源和大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)成為當(dāng)前新的發(fā)展熱點(diǎn)，需要具有優(yōu)良電化學(xué)性能、綠色環(huán)保、價(jià)格低廉的二次電池來(lái)構(gòu)建‘電力銀行’?！北本├砉ご髮W(xué)材料學(xué)院教授陳人杰告訴記者，二次電池是新型清潔能源交通的核心技術(shù)，5G移動(dòng)通訊、航空航天等領(lǐng)域都對(duì)其安全性、能量密度、環(huán)境適應(yīng)性等性能提出更高要求。

“出不了遠(yuǎn)門”。生活中，電動(dòng)汽車的續(xù)航問(wèn)題時(shí)常困擾用戶。其實(shí)，科學(xué)家一直致力于提升電池“電力”，從鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池，再到現(xiàn)在的鋰離子電池，通過(guò)理論突破、材料創(chuàng)新，電池的能量密度一直不斷提高。“與現(xiàn)有鋰離子電池相比，鋰硫電池的能量密度可以更高?！标惾私芙榻B，目前他和研究團(tuán)隊(duì)正針對(duì)電池能量密度、循環(huán)性能、功率特性和安全性等方面逐一提出改進(jìn)思路和研究策略，希望通過(guò)材料的革新真正開(kāi)發(fā)出更優(yōu)性能的鋰硫二次電池體系。

電池革命僅僅發(fā)生在材料領(lǐng)域嗎？答案顯然是否定的。通過(guò)合理、高效的充放電管理也能讓電池使用更加持久。“動(dòng)力電池系統(tǒng)的性能不僅取決于單個(gè)電池，鑒于其具有的‘木桶效應(yīng)’和充放電末期的‘掃帚效應(yīng)’，加強(qiáng)對(duì)動(dòng)力電池組的能量、安全、耐久性管理也很重要。”北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院教授何洪文表示。

而伴隨著鋰電池技術(shù)進(jìn)步，以及整車、電機(jī)、電池和電控技術(shù)不斷完善，使得高性能、長(zhǎng)里程電動(dòng)車成為可能?！伴L(zhǎng)續(xù)航里程設(shè)計(jì)是目前電動(dòng)汽車性能升級(jí)的特征之一?！焙魏槲呐e例，北汽純電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程由最初的140公里升級(jí)到目前的500公里以上，續(xù)航里程對(duì)電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)已不是問(wèn)題。

電動(dòng)汽車值得買嗎？

如今，穿梭在大街小巷的綠牌車越來(lái)越多，而與新能源汽車市場(chǎng)一同生長(zhǎng)的，還有觀望者的疑問(wèn)。

電動(dòng)汽車充電時(shí)間長(zhǎng)？專家表示，技術(shù)創(chuàng)新也在推動(dòng)完善汽車充電方案。不僅有慢充、快充、無(wú)線充電等多樣化充電解決方案，公眾還能通過(guò)“換電”的方式實(shí)現(xiàn)能源快速補(bǔ)充，有效提升電動(dòng)汽車駕駛體驗(yàn)。

電動(dòng)汽車成本高？何洪文不這么認(rèn)為。他說(shuō)，“電動(dòng)汽車的售價(jià)可能偏高，但從汽車的購(gòu)置成本、使用成本和維保成本等全生命周期綜合成本來(lái)看，以10年為單位計(jì)算可以得出：電動(dòng)汽車的全生命周期成本比傳統(tǒng)汽車還要節(jié)省約10%”。

還有消費(fèi)者最關(guān)注的安全問(wèn)題。車輛電池著火消息不時(shí)見(jiàn)諸報(bào)端，電動(dòng)汽車還能讓大家放心購(gòu)買嗎？“雖然電動(dòng)汽車暴露出一些安全隱患，但可以從安全的動(dòng)力電池材料體系、動(dòng)力電池的安全管理方面解決問(wèn)題?！焙魏槲恼f(shuō)，我國(guó)已率先建立新能源汽車三級(jí)監(jiān)管平臺(tái)，積累了充分的一手?jǐn)?shù)據(jù)，努力完善電動(dòng)汽車的安全性能。

“其中，改進(jìn)電池的安全性可以從兩方面入手：一是電池材料的設(shè)計(jì)優(yōu)化和改性，最直接的方法就是對(duì)不同電解質(zhì)材料開(kāi)展創(chuàng)新；二是改進(jìn)電池的結(jié)構(gòu)和制備工藝?！睂?duì)此，陳人杰解釋，現(xiàn)有鋰離子電池主要仍使用易燃易揮發(fā)的有機(jī)液態(tài)電解液，熱穩(wěn)定性差、易發(fā)生安全事故。“而固態(tài)電池是二次電池發(fā)展的重要方向，它的關(guān)鍵技術(shù)是研究開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的固態(tài)電解質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)其與電極材料的良好相容——這些工作既是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)也是難點(diǎn)，還需要我們持續(xù)攻關(guān)和創(chuàng)新。”

“汽油車發(fā)展經(jīng)歷了130多年歷史，消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車也要有耐心，行業(yè)各相關(guān)方需要從目前暴露出的安全隱患著手，解決電動(dòng)汽車?yán)锍?、成本和安全等一系列?wèn)題。”何洪文認(rèn)為，電池安全管理技術(shù)完善是一個(gè)體系化積累的過(guò)程，需要對(duì)電池開(kāi)展基于模型和數(shù)據(jù)的安全在線評(píng)估，保證電池的安全；一旦電池發(fā)生問(wèn)題需要開(kāi)啟主動(dòng)管控，保證車輛安全；利用整車的主動(dòng)防護(hù)設(shè)計(jì)舉措，為極端情況下留出足夠的人員逃逸時(shí)間，保證人員安全?？傊㈦妱?dòng)汽車安全風(fēng)險(xiǎn)多級(jí)管控長(zhǎng)效機(jī)制，是保證電池狀態(tài)穩(wěn)定和車輛安全的關(guān)鍵。

隨著科技進(jìn)步，大數(shù)據(jù)、云管控、智能化為完善動(dòng)力電池的安全管理提供了新契機(jī)。何洪文表示，通過(guò)安全的電池材料體系升級(jí)，再輔以智能化的動(dòng)力電池管理，可以進(jìn)一步完善動(dòng)力電池系統(tǒng)的安全性能。同時(shí)，隨著碳交易政策的推行，電動(dòng)汽車全壽命周期的成本優(yōu)勢(shì)及規(guī)模化市場(chǎng)效益還將日益凸顯?！败囕v電動(dòng)化是國(guó)際公認(rèn)的發(fā)展趨勢(shì)，汽車性能提升導(dǎo)向?qū)π滦碗姵氐男枨笠苍诓粩嗵岣?，電池技術(shù)革命一直在路上?！焙魏槲谋硎?。

換電池還不如換車？

2013年，北京開(kāi)始純電動(dòng)汽車在私人領(lǐng)域的示范推廣，我國(guó)首批電動(dòng)汽車車主誕生。如今6年時(shí)間過(guò)去，一批又一批車主選擇了電動(dòng)汽車，但是隨之而來(lái)的是新能源汽車電池面臨報(bào)廢潮，換電池的高昂價(jià)格讓他們感嘆，“換電池還不如換車”。

隨著越來(lái)越多的電動(dòng)汽車投入市場(chǎng)，廢舊電池的處理成為難題。“2018年，我國(guó)報(bào)廢電池達(dá)6000噸左右，3年后的數(shù)據(jù)會(huì)達(dá)到20萬(wàn)噸至30萬(wàn)噸，這對(duì)工業(yè)解決方案的要求特別迫切?！比珖?guó)廢棄化學(xué)品處置標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)委員林曉說(shuō)，必須對(duì)報(bào)廢電池資源開(kāi)展規(guī)范回收，防止污染和安全風(fēng)險(xiǎn)。

“電動(dòng)車報(bào)廢電池的關(guān)鍵問(wèn)題在于收集渠道和資源化利用。舊手機(jī)、充電寶等電子產(chǎn)品的回收處理尚未建立合規(guī)渠道，如何從消費(fèi)者手中收集電動(dòng)車報(bào)廢電池，在解決安全隱患的同時(shí)又能回收資源，這是未來(lái)最大的挑戰(zhàn)?！绷謺韵蛴浾哒故玖艘唤M數(shù)據(jù)，一臺(tái)純電動(dòng)汽車的電池從自動(dòng)化組裝到出庫(kù)最快僅需2分鐘，但電動(dòng)車的電池拆解則需要2名工人操作近8小時(shí)；另?yè)?jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)消耗的鋰資源中，來(lái)自回收的鋰資源占比不到10%，部分電池仍然沒(méi)有得到有效回收利用。

隨著鋰電池的規(guī)?；⒏哝嚮?，其價(jià)格也越來(lái)越低。過(guò)去10年中，電池的價(jià)格已經(jīng)降至原來(lái)的十分之一，材料溢價(jià)的部分日益減少，這意味著電池材料中的金屬元素價(jià)格已經(jīng)越發(fā)接近電池價(jià)格。林曉表示，通過(guò)電池回收可以基本實(shí)現(xiàn)盈利，但仍需探索更加成熟的工業(yè)解決方案。目前，鋰離子電池的回收技術(shù)在常規(guī)消費(fèi)領(lǐng)域已經(jīng)存在，但動(dòng)力電池的材料和系統(tǒng)不一樣，亟待進(jìn)一步研發(fā)來(lái)解決問(wèn)題。

“廢舊電池的處理不應(yīng)再走先污染后治理的老路?！标惾私芙ㄗh，電池在設(shè)計(jì)制造源頭要選擇對(duì)環(huán)境非常友好的綠色電池材料，同時(shí)要兼顧電化學(xué)性能，構(gòu)筑綠色電池體系，通過(guò)再設(shè)計(jì)、再利用、再回收，真正達(dá)到電池的綠色指標(biāo)。

郭靜原