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来源:科技日报 2019-07-02 08:17

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  电动车发展仍落后于规划,孙世刚院士呼吁——

  新能源车要冲破电化学的“城墙口”

  本报记者赵汉斌

  “能源是制约我国未来发展最为重要的问题之一。我国2018年原油产量加上净进口量达6.3亿吨,对外依存度高达69.8%。燃油汽车是否能够持续快速增长?不可能!”中国工程院院士、固体表面物理化学国家重点实验室学术委员会主任、厦门大学教授孙世刚近日在昆明进行《云南科学大讲堂》演讲时如是说。

  根据国家统计局和公安部的数据表明,我国汽车销售量惊人,连续十年位居世界第一位。2018年,全国机动车保有量达3.27亿辆,是不折不扣的化石能源消费“大户”。同年,新能源汽车保有量261万辆,居世界首位,但仅占机动车保有量的0.8%。

  按照规划,我国到2020年新能源车保有量500万辆,2030年达到8千万至1亿辆。“我们的电动车发展速度和规模世界第一,但仍然落后于规划。电动车的重要性越来越凸显,为何发展还是相对较慢?电池性能是电动车发展的主要瓶颈!”孙世刚院士说,电动汽车与燃油车竞争的焦点在于速度、续航里程、可靠性以及价格,提高电池能量密度是减小电池自重量、提升巡航里程的关键。

  目前,新能源汽车电池主要分为电化学能源储存和电化学能源转换两大类,也就是人们常说的充电电池或二次电池,以及燃料电池。按目前的路径看,锂离子电池更适合替代汽油机,而氢燃料电池更适合替代柴油机。通常汽车加一次油行驶500公里左右,新能源汽车要达到这一指标,要求电池的能量密度高达500瓦时/千克,相应的电极容量为正极材料需大于250毫安时/克,负极材料需大于1000毫安时/克。

  孙世刚院士说:“看似简单,但这中间存在很多前所未有的技术问题,需要逐一去解决。”通常,电池的能量密度取决于正极和负极材料的能量容量,其功率密度取决于正极和负极材料的倍率性能,其使用寿命取决于正极和负极材料的循环性能,而快速发展的电动车、规模储能、5G、AI等对二次电池提出了越来越高的要求,需要进一步突破从正负极材料的藩篱,组合形成不同能量和功率的锂离子电池,从而满足电池高能量密度、高功率密度、高安全性、长寿命、宽工作温度和低成本的要求。目前,锂-硫电池、锂-空气电池或将成为下一代锂电池的首选,钠电池也成为储能电池的重要备选。

  在燃料电池方面,也有诸多难题需要攻克,因为不止是电动汽车,各种地面发电站、偏远地区能源、心脏起搏器等医疗动力、移动通讯办公都仰仗燃料电池。目前,要提高车用燃料电池的性能,提升催化材料铂族金属的利用率是最大的挑战。铂族金属资源稀少、价格高昂,进一步改善催化剂表面结构与性能是重要的路径,目前,固体表面物理化学国家重点实验室,以及云南贵金属研究所等单位正加紧攻关。此外,开发非贵金属催化剂也是大势所趋。

  孙世刚院士还认为,基础设施建设也是目前新能源汽车发展中面临的重要挑战。到2018年底,我国累计建成公共充电桩约72.8万台,但这个建设速度,还远远跟不上新能源车增长的速度和需求。同时,按照中国汽车工程学会公布的《节能与新能源汽车路线图》,到2020年,燃料电池加氢站将超过100座;到2025年,超过300座,但截至2018年9月,我国仅有23座运营,26座在建。建设速度慢,成本高昂是一大原因。目前建设一座每天加注200公斤氢气的加氢站,不含土地成本,需要800万元至1000万元人民币。

  在接受科技日报记者专访时,孙世刚院士还强调指出,目前我国亟须开发自主知识产权的电化学能源新材料、新体系、发展新机制、新理论。在现阶段,我国已有重点布局,设立了许多重点研发项目,把资金投向最关键的领域,其中就包含了电池、电控系统等。这个过程中,人才也在不断提升。另外,全球新能源发展形势很快,作为市场竞争主体,企业要瞄准一个方向,坚持不懈攻关,不怕失败,一个问题一个问题解决。

责任编辑:邬勇

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