作者:高雅丽 来源: 中国科学报 发布时间:2019-12-5
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电池革命如何重新“定义”汽车

 

■本报见习记者 高雅丽

“车辆电动化是国际公认的发展趋势,电池的技术革命一直在路上。随着汽车性能提升,对新型电池的需求也在不断提高,将推动电池技术及其系统集成、管理控制发生新的变化。”12月3日,北京理工大学机械与车辆学院教授何洪文在由中国科协调宣部主办的“科学麻辣烫”第四期活动上如是说。

问鼎2019年诺贝尔化学奖的锂电技术已在电动汽车、手机、笔记本电脑等领域独占鳌头。本次活动以“电池革命如何重新‘定义’汽车”为主题,邀请了北京理工大学材料学院教授陈人杰、何洪文,全国废弃化学品处置标准委员会委员林晓3位专家,与媒体一起聚焦电池革命对汽车领域发展的影响、探讨电池技术将如何推动汽车产业的进步。

频频“着火”为哪般?

我国的新能源汽车市场保有量和增量已居世界第一。工业和信息化部日前就《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》公开征求意见,新能源市场又将迎来新的15年发展机遇期。

该规划提出,力争经过持续努力,我国新能源汽车核心技术达到国际领先水平,纯电动汽车成为主流,燃料电池汽车实现商业化应用,公共领域用车全面电动化,到2025年新能源汽车新车销量占比达到25%左右。

但是,多年来动力电池着火事故频发、续航虚高等问题,严重影响着消费者对新能源汽车市场的信心。

“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及其安全管理方面解决。” 何洪文表示。他告诉记者,目前业内正从动力电池安全风险在线评估、异常性能单体预警管控以及整车的安全防护系统设计等多方面构建安全保障体系,完善电动汽车的安全性能。

“锂离子电池易燃主要和电解液有关。”陈人杰表示,现在电池的制造工艺、生产过程的安全管理等已有了很大提升,但依然使用液态电解质,未来可以通过研发固态的电解质体系提升电池的安全性。

陈人杰认为,改进电池的安全性可以从两方面入手,一是优化和改良电池材料,二是对电池的结构和制备工艺进行改进。

“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抓手。”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。

“出不了远门”怎么办?

“出不了远门”,一直是新能源汽车用户心中的“痛”。为解决“里程焦虑”问题以及满足补贴政策要求,当前已有诸多高能量密度的动力电池涌现。

陈人杰表示,科学家一直在致力于提升电池“电力”,开发具有更高能量密度的电池体系。从铅酸电池、镍镉电池再到现在的锂离子电池,电池材料不断变化,电池的能量密度也不断提高。

“和现有的锂离子电池相比,锂硫电池的能量密度可以做得更高。”陈人杰称,目前其研究团队正在开发高性能电池体系,利用新材料提升电池的能量密度、循环性能、功率特性和安全性等。

除了利用新材料,还可以通过电池的充放电管理让电池更持久。何洪文表示,动力电池系统的性能不仅仅取决于单个电池的性能,鉴于动力电池组具有的“木桶效应”和充放电末期具有的“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。

何洪文提出,通过建立电池的高精度模型,采用先进的估计算法并引入状态反馈修正,可以有效保证电池状态量的估计精度。

电池“报废潮”如何应对?

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,快速发展的新能源行业也迎来电池的报废潮。新能源汽车国家大数据联盟的数据显示,预计到2020年,我国报废电池累计约为20万吨。

“2018年我国报废电池达6000吨左右,3年后的数据将达到20万~30万吨,因此迫切需要工业解决方案。”林晓表示,报废电池留在城市中会有污染和安全风险,必须将报废电池资源回收,消除风险。

过去十年电池的价格已经降至原来的1/10,这意味着电池材料中的金属价格接近电池成本价格。林晓表示,通过电池回收,回收企业可以基本实现盈利,但还需要探索更加成熟的工业解决方案。锂离子电池的回收技术,在常规的消费领域已经存在,但动力类电池的材料和系统不一样,需要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。”陈人杰说。电池在设计制造的源头上,要选择一些对环境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。

《中国科学报》 (2019-12-05 第1版 要闻)
 
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