中国锂电池产业已是世界第一!接下来怎么办?(2)

2、 如何破解锂离子电池引发的“焦虑”? 现在有两个问题,一个是安全问题,一个是里程问题,安全问题和里程问题都跟锂离子电池有关系。 锂离子电

2、如何破解锂离子电池引发的“焦虑”?

现在有两个问题,一个是安全问题,一个是里程问题,安全问题和里程问题都跟锂离子电池有关系。

锂离子电动车的安全事故时有发生,虽然它的安全事故并没有燃油车的事故多,但是它是个新生事物,一旦有一个锂离子电池车燃烧了或者是爆炸了,网上马上就传开了,而且传得很快。这样锂离子电池电动车可能就会受一些影响,产销都会受一些影响。里程问题是指锂离子电池现在的能量密度还不够高,充一次电大概行驶里程也就是100多公里、200多公里。

我觉得电动汽车应该把车跟电分开,就是买车和买电池要分开。最好是买一辆电动车,我每天上班,如果是从天安门到清华或者到五环路就可以,可能也就是30公里,那是不是买一辆车能开30公里就行了?不一定非得要开100多公里、200公里,也就是说装10度电就够了。那么车子的钱加上这10度电的电池的钱肯定不会超过10万元钱,大概五、六万我就可以买一辆车。但是我要开长途车怎么办?能不能我开长途车的时候再去租电池?也就是说要专门成立一个电池的公司。

实际上我是不主张快充的,因为现在锂离子电池的机理决定了它是插入式反应,就是说你要允许离子能够有时间把它插进去。而且现在我们所用的正极材料也好,负极材料也好。负极材料用石墨,石墨是个层状结构,层状结构只有离子要对着那个层才能插进去。如果说正好那个石墨跟它离子是垂直的,它进不去,它就要转一个90度才能进去。所以你要给它一个转90度的时间,如果说你不给它一个时间,直接快充的话,它转不过去就会在石墨片上沉积下来,这样对电池寿命是不利的。同样,放电的时候,如果特别快地放电,倍率太大了也不行,它也是层状结构的。一个正级材料它回去也是一样,它是要找准那个狭缝它才能进去,如果它找不准的话也进不去,也要等着有机会它才能往里走。所以说我不主张快充,我是最希望换电池的。适当的倍率充是可以,但是特快了不行,换电模式是好,但是做起来相当困难,标准不好统一。这个一定要国家统一来考虑,如果说国家不出台政策统一考虑的话,那是很难做的。

现在蔚来公司有一种换电的模式,它从北京开到深圳,每开一步它是有地方换电,几分钟就可以换完,充电最快是大概一刻钟,就是喝一杯咖啡的时间。一刻钟已经是够快的了,换电的话它几分钟就可以换完。因为我最早参观换电是在清华,清华里头有一个换电的装置,车开上去之后就把车给顶起来,换电的装置都在地底下,很快就把它换掉了。但是这个车一定要标准化,电池一定要标准化。所以这就要求国家要统一出台政策,就是换电的政策。

我大概一个月以前,在北京打了一个出租车,从圆明园到中关村,我坐的正好是电动汽车。我就问他,这个车跑一天充几次电,他说我不充电我是换电。我说北京有换电吗?他说有,北京出租车全部是换电。就是说现在换电他不用管,你开到那儿去,就有人帮你把电换了,他们还是喜欢开电动出租车。所以将来我们解决退补以后,我觉得一个不让销路往下滑的很重要的事,就是我们是不是可以再回过来重新考虑换电的模式。

从2009年开始,我国汽车产销量连续11年位居全球第一。随之而来的则是石油消耗量剧增、空气质量恶化等一系列棘手问题。前所未有的能源危机,让新能源的开发利用迫在眉睫。对汽车来说,不管什么样的新能源,最终都是转化为电能驱动车辆,而电池作为储存电能的动力核心,其性能在新能源汽车的研发中扮演着极为关键的角色。锂离子电池能否根治“汽车病”?它能不能帮助我们构建起能源互联网,破解能源危机?

3、“电动中国”能否破解能源危机?

我们发展电动车不是为发展电动车而发展电动车,实际上是跟我们国家的能源情况密切相关的。2004年,我们工程院做的一个咨询项目,就是2050年中国的油气资源的情况怎么样。这个执行项目的结果大概是这样:到2050年,我国自产石油大概每年1.8亿吨是没问题的,就是说从现在开始到2050年还可以在1.8亿吨每年的这个水平。

实际上这条红线就是1.8亿吨,去年大概是1.9亿吨,石油的对外依存度最好不要超过50%。2017年进口石油是4.2亿吨,国产石油1.92亿吨,对外依存度到了68.6%,已经远远超过50%了。那么我们的汽车的保有量是2.17亿辆,每千人是167辆,世界平均每千人是131辆,我们现在比世界平均水平稍稍高一点,但跟美国的每千人800辆那还差得远。汽车的油耗,如果说按照一辆车一年平均两吨油来算的话是4.3亿吨油,也就是说,我们进口4.2亿吨给汽车用掉了。

最近发现了两个大油田隐藏量是10亿吨,这都是作为特大喜讯报的。我问了他们回采率是多少,他说回采率可能低于50%,大概40%。两个油田的话,也就是说两年不用进口,但是第三年还要进口,而且不可能老有像这种10亿吨的油田被发现。所以从这个可以看得出来,我们的储油现在只够40天用,而日本的储油是200天。我们国家储油希望能够是100天,这样的话,实际上我们最近几年这个储油量已经是大大增加了。

能源安全是一个很重要的事情,当时我们分了几个组,一个是电取代组、煤取代组、生物质能取代组和总体组。我是电取代组的,就是发展电动车取代进口油,这是我们电取代组的一个结论。另外要考虑全球二氧化碳的排放,因为我们是参加了《巴黎气候协定》的,中国2010年二氧化碳排放量开始急剧往上升,最近几年稍稍往下掉一点,然后又往上升了一点。中国的二氧化碳的排放量是世界第一,所以实际上我们受到的压力是相当大的。

《巴黎气候协定》规定温度的升高不能高过两度,这也是大家的希望。因为现在像我们国家的西部那些雪山好像也都开始融化,你看美国排放量比我们低,本来它是第1位,那么现在我们中国第1位。因为印度现在发展很快,它如果不控制的话肯定要远超过中国。我们希望交通能够电动化,小城市是自行车、汽车、公交车,大城市多一个地铁,城市间现在有高铁,现在有飞机、有船舶。我们希望包括高铁、飞机 船舶都能够电动化,就是电动汽车、电动飞机、电动船舶,这就要靠锂电池。

最近沈阳有一个企业做了一架电动飞机,是两个座的。但实际上你们从网上看的话,2010年上海一个民营企业已经做了一个电动飞机,也是两个人的,已经试飞成功。实际上现在电动飞机做得好的是以色列人,现在做九个座位的。所以现在我们除了电动汽车,还要发展电动船舶和电动飞机。

实际上现在中国已经有电动船舶了,是在广州的一个2000吨的电动船,它用的电池的量大概是八十几辆电动车的电池量,是在珠江运煤做运输的这个船。在上海也有500吨的这种船,不止一艘,有好几艘了。另外在溧阳现在已经注册了一个电动船舶的公司,那是哈理工的李革臣教授注册的一个公司。有人说电动汽车并不减少二氧化碳的排放,实际上这个电就从电网的电,从发电厂到用户,它是分高峰电和低谷电。峰电和谷电它的价格不一样,要鼓励用低谷电。

另外,我们发展太阳能跟风能、水能、核能,这几种能源对二氧化碳的排放当然是相当少,但是这些能源实际上它都要储能的。原来我对太阳能没有什么印象,我参观过北京附近的张北我才知道,太阳能实际上更需要储能。就说一朵乌云来了以后,把太阳一遮,它的发电突然一下就小了,几乎就为零了。当这朵乌云一走,马上这个电流就上来了,所以它比风电更需要储能。风电,不管风来风走,我这个风叶还在那儿转。风来的时候转得快一点,风走了以后转得慢一点,所以它不像太阳能那么厉害。风电、太阳能都需要储能,所以现在有的地方弃风弃光,还有水力发电的弃水,我们弃风、弃光、弃水大概电量是1100亿度电每年,可以够600万辆电动汽车用一年。实际上你只要能够把储能搞好了,你不要增加新的发电厂,不要多烧煤,你就把这个谷电用起来就可以了。

实际上就是我们要建一个能源互联网,这个实际上已经提了好几年了。从我们目前的能源发展情况来看,现在就是肯定要发展一些风能、太阳能、水能,绿色化发展,核能不能说它完全是绿色,但它是个新能源,所以这些肯定是要发展。那么,要发展的话就肯定要把所有这些能源应该有一个网把它“网”起来,所以就是说能源互联网。

最好我买了一辆电动车,我走到哪儿我都能充电,就跟现在自行车一样,我走到哪儿只要刷一下码,有自行车在那儿,我就可以骑一辆车走。将来也能够做到这么方便,我的汽车没有电了,我走到哪儿我有一个充电桩,一刷码我就可以充,或者说换电,这就当然是更不用说了。现在说互联网的概念还有云存储的概念,实际上将来都可以把这些概念用在能源上。因为现在能源的话还是条块分割比较厉害,就是国家电网它也是国家电网有一套,然后各个地方有地方一套。比方说现在是弃风弃光,那么它可能是为了减少弃风、弃光要各个省市分摊任务,这当然是国家的一种办法,但是如果能源互联网真正实现的话,我就可以把新疆的风能、太阳能存储起来,上网就可以了,别的地方有需要就可以用了,这样就比较方便。我们现在有的地方电能很便宜,有的地方电能就很贵,如果能够把新疆的电弄到需要的地方不是挺好吗?我想能源互联网就要起这个作用。

现在清华大学新成立了一个能源互联网研究院,就是想把互联网的概念用在能源上,能够把我们国家的能源将来就是把绿色能源增加,把化石能源减少,我想这是能源互联网的一个作用。

4、谁才是未来的终极电池?

现在的锂离子电池是液体电解质,那么能量密度已经基本上到了极限,大概300瓦时每公斤或者350瓦时每公斤,已经到了极限。那么安全性问题时有发生,由于它一个能量密度有限,一个安全事故会发生,所以这样我们要考虑固态电池。

固态电池它是什么呢?现在我们用的是锂离子电池,更全面一点包括像镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池这些都是液态电解质的电池。固态电池可以做得跟锂离子电池一样,只不过把电解液换成是固态。它是固态,就是里头不含液态或者液态含的很少。固态电池实际上不是一个新的东西,“六五”计划、“七五”计划我们就将固态电池列入重点课题,那么科技部也是第一个把固态电池这个课题列为重大项目。

固态电池的关键就是要研究固体电解质材料,固态电池它的负极是用金属锂。中间这个电解质是固体,固体电解质不是液体,那么正极可以用不含锂的正极材料,也可以用现有的这种正极材料。如果说能够找出来不含锂的正极材料,或者说容量更高的,我们就可以做出能量密度更高的固态电池,那么它的能量密度就可以大于每公斤500瓦时,那么它安全事故可以大大减小。

实际上固态电池不是说没有短路的那一天,如果固态电池有短路那一天它会不会燃烧?金属锂在空气里头可能起某种反应,但是它的量比较小,它不会爆炸,所以安全性应该说是比现在的锂离子电池应该要安全。

固态电解质基本上我们中国人没有原始创新,比较少。既然要发展固态电池,一定要有我们的创新。常见的聚合物的材料就这么几种,PEO (聚环氧乙烷)、PP0(聚环氧丙烷)、PAN(聚丙烯腈),它们的室温离子电导率都比较低。最近青岛能源所崔光磊做了一些新的工作,他可以室温下做到10的负4次方西门子每厘米,他的电池也用上了,所以应该说有新的进展。米歇尔·阿芒德听到崔光磊的报告以后,第二天就给我发个E—MAIL,说看来中国人再一次走到了世界的前列。

最近新引进的一位王雪峰博士,物理所把他引回来了,他把锂离子电池和锂氧电池混起来,他是用什么?用硫化钼作正极,二硫化钼它可以插锂进去,也可以插氧进去,形成一个新的化合物。混起来以后,它容量是相当高的。这个工作我们在物理所也申请了专利,所以这是新的一些思路,将来会对固态电池起作用。

所以我希望通过固态电池的发展来使我们国家能从跟跑、并跑一直到领跑。一直保持世界市场占有率第一位的位置。要保持这个第一位地位的位置,我想对目前的锂离子电池的工作我们不能放松,就是有很多创新的工作、创新的成果我们要往产业化走。

日本人Kanno(菅野)我很佩服他,他一直坚持固体电解质一直没放,我觉得日本的这一点我们是值得学习的。我们的固态电池研究工作从锂离子电池开始就基本上都放掉了、停掉了,但是现在,只是现在我们又回过头来重新去做。我觉得重新去做也不晚,我们还可以,实际上还可以赶得上,从目前的趋势来看我们还是有优势。所以锂电池的工作,无论是锂电池也好、固态电池也好、还是液体电解质电池都是应该是有很多工作要鼓励创新的。

除了这个以外,其他电池一定要做,比方说钠离子电池,你别看现在大家做锂离子电池都是信心满满,但是全世界开的车都用锂离子电池的话,实际上锂是不够的。昨天米歇尔·阿芒德也给了一个数据,就是说全世界10%的电动汽车都用电池来开的话,它大概需要多少电池 ?60多亿吨还是多少,量是相当大的。这样的情况下,一定要发展像钠离子电池这一类资源比较丰富的电池。另外铝离子电池、镁离子电池或者是锌离子电池这些实际上也应该做的,特别是有些工作是我们有优势,是我们在先的。

钠离子电池是我们有优势,第一辆低速电动车是我们演示的,第一个100千瓦的电站是我们演示的,然后就像锌离子电池的专利,人家也承认是中国的首先的专利。现在我们正在做锂的或者镁的固态电池,我觉得这些东西的话大家都是从头做起,我觉得是我们只要抓住时机能够不放弃,应该说是有机会走到世界前头的。

氢氧燃料电池不是电池,它实际上是个发电装置。就是说你有了氢了,我通过它加上氧我可以发电、产生电,它是个发电装置,不是电池。但是氢氧燃料电池我们一定要研究。氢它没有矿,它不像锂,锂有锂矿。中国的这个锂的资源虽然是没有南美洲那么多,但是我们还算是锂资源比较丰富的国家,但是氢你没有。你将来氢从哪儿来?有人说你电解水制氢呢?那当然是可以电解水制氢,大家都可以电解水制氢,但是电解水制氢要什么?要电。你有了电,以电解水制氢,然后氢你再把它装瓶也好,把它液化,最后你再把氢又用氢氧燃料电池去发电。就是说开始是电,最后还是电,你都是用这电去开车。

如果说能够解决太阳能光解水制氢这个问题,那么将来我们氢氧燃料电池的确是大有希望。氢氧燃料电池我们要研究,但是要大发展,就是说它要去取代锂离子电池的这个地位,不是近期的事情。

我们目前应该考虑怎么样把“电动中国”从梦想变成现实,这是一个国家的急需。这些创新性很强的研究,不管你是再创新还是我们自己的独创,都应该让中国锂电池由跟跑到并跑,最终实现领跑,为实现“电动中国”的这个梦想奠定基础。