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“锂电池”获诺奖 新能源汽车是功是过 未来又在哪里?

2019-12-03   点击量:23

2019年诺贝尔化学奖日前已经揭晓,来自美国的约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和日本的吉野彰三位科学家获奖,以表彰他们在锂离子电池方面做出的贡献。


如今,锂离子电池与我们的生活息息相关,被广泛运用于手表、相机、手机等各种产品,极大地方便了人类的社会生活。同时,以锂离子电池为能量储存介质的新能源纯电动汽车也让无化石燃料的社会成为可能。


经过多年发展,新能源汽车取得了巨大的发展,但时至今日,新能源汽车到底是功是过还存在巨大的争议,比如以政策驱动市场,但始终难以培育出核心竞争力,问题重重,同时骗补现象屡禁不止,给新能源汽车的发展蒙上了一层阴影。


锂离子电池因其重量轻、能量比高、适应性强等优势,成为了汽车动力电池的首选。同时,传统燃油车的技术差距在短时间内难以弥补,再考虑到能源安全,大力支持新能源汽车发展,进行补贴扶持,追求弯道超车是势在必行的。


2009年,在密集的扶持政策下,各大车企纷纷加码新能源汽车,我国新能源汽车驶入快速发展轨道,从公共出行服务领域的示范应用开始,到示范城市开展新能源汽车推广,逐步在全国范围内推广,进入私家车领域。2018年,我国新能源汽车销量跃升至126万辆,排名世界第一。


截至2018年3月,新能源汽车中央补贴已累计清算或发放约958.4亿,这还不包括2018年、2019年各地新能源汽车补贴和历年的地方补贴。随着新能源汽车规模不断提升,大规模的纯财政补贴已难以为继,补贴退坡/退出势在必行。


纵观我国新能源汽车的发展历程,10年的大幅度补贴,催生了一个百万辆级别的市场,效果相当显著,也暴露出过度依赖政策扶持、地方保护主义盛行、厂家骗补等一系列问题,尤其是骗补屡禁不止,给新能源车的发展蒙上了阴影。


长期以来,新能源汽车的销量与上牌量之间存在巨大差距,特别是一旦补贴政策出现空窗期,新能源汽车的销量便应声跌落,凡此种种现象反映出的正是新能源汽车产业的骗补问题。


高额补贴的诱惑,催生了大量骗补者。骗补企业使用低标准电池、虚报续航里程,甚至有牌无车、有车无电和车辆闲置等多种手段套取国家补贴,但这些都是初级的骗补手段。随后,企业通过汽车租赁或组建出行平台,通过自产自销的方式拿到国家和地方的双重补贴,从中谋利。骗补不仅浪费国家资源,而且对真正做技术研发的企业而言,非常不公平,不利于新能源汽车的发展。


在经历了普及阶段之后,新能源汽车将由市场驱动,以积分制引导市场有序发展。到2020年,补贴政策或将退出,将加速行业洗牌。对新能源汽车企业来说,潜心研发,降本升级才是核心,并在市场竞争中倒逼核心竞争力提升才是正道。


不仅如此,自新能源汽车行业发展伊始,从铝空气电池、锂硫电池,到氢燃料电池、固态锂电池,再到现有常规锂电池,电池技术路线就备受争议。随着市场的大规模推广应用,如今对锂电池新能源汽车的争议也越来越多。


不可否认,锂电池在移动通信、笔记本电脑等领域的优点十分明显,在新能源汽车等领域也具有优势,但锂电池新能源汽车在实际使用中存在诸多难题,成本、安全性、能量密度、充放电速率、循环寿命等问题至今难以解决,核心技术未实现明显突破。


其一是能量密度低。锂电池作为能量的载体,其电池能量密度从90年代的90Wh/kg爬升至现今的250Wh/kg,相比汽油的12000Wh/kg低了一个数量级,这也是续航里程不足的主要原因。虽然理论预测表明锂电池可开发的最高能量密度能达到500Wh/kg,但这个能量密度还是非常低的。


其二是低温性能差。低温让锂电池正负极材料活性降低和电解液导电能力降低,出现容量下降、内阻升高、电效率降低等现象。此外,低温下也不能很好的对锂电池进行充电。即便通过预加热提高锂电池的低温性能,也得不到彻底改善。在北方寒冷地区或者冬季,新能源汽车的使用非常不便。


其三是使用寿命短。目前锂电池需要使用由若干个电池组合而成的电池组来维持电动汽车的正常运行,这种方法在一定程度上对电池造成很大的损耗,电池组中各个电池性能的不一致极大地缩短了电池使用寿命。如果锂电池衰退问题无法避免,那么数年后更换电池的成本就是个大问题了。


其四是充电时间长。目前锂电池快充需要半个小时左右才能充到80%左右,而加满一箱油再慢也用不了半小时。同时,相关配套基础设施仍不完善,加剧了充电矛盾,给新能源汽车用户造成很大烦恼。


其五是价格高。受制于原材料成本,加上新能源汽车市场迅速扩张,导致锂电池价格居高不下。新能源汽车补贴退出后,成本压力将大幅增大,价格相比燃油车不具备优势。


最后是安全问题依然存在。锂离子电池的锂枝晶问题仍然没有得到很好的解决,而且电解液易燃易爆的问题使锂电池仍然存在安全隐患,而高密度的锂电安全隐患更大。更多的是在车辆发生碰撞时,锂电池发生变形、开裂、短路等损坏,也可触发热失控,电池被着火。


人类社会的每一次进步都与能源技术的突破与创新不可分割。随着能源危机和环境问题的日益加剧,人类对清洁能源、可再生能源的需求加深,但动力电池仍是新能源汽车发展最大的瓶颈,如何大幅提升电池能量密度仍是难题。因而,在锂电池之外,人们也一直没有放弃对其他动力电池的探索。中国新能源汽车战略的本质应该是推动汽车动力的电驱动化而非一味电池化,因而氢燃料电池就备受关注。


氢燃料电池汽车有着补给时间短、续航里程高、真正的绿色排放等优点,近年来也引起了重视,并在商用车领域率先推广。对氢燃料电池汽车来说,制氢、运氢、储氢、加氢是市场推广的主要影响因素,但目前至关重要的是在制氢方面尚无最佳方案,制约了氢能汽车的发展。但短期内,锂电池与燃料电池的技术路线之争还没有答案。


虽然动力电池革命性突破的仍未取得新进展,但最新的科学研究似乎要推翻此前的能源危机结论。如果研究越来越得到认可,那么这将是对锂电池新能源汽车的致命打击。


石油或将永不枯竭?


按照此前的常识,石油是由远古大型动物的遗体和微生物长期在高温高压的条件下形成的,属于不可再生能源,用一点就少一点,最终会枯竭。然而,页岩油的成功开采,对这个常识重重的打了一耳光。在以前认为最不可能的地方,人类已经发现了石油的存在。


传统的石油有机成因论正面临着巨大的挑战。有机成因论的最大问题,是无法解释巨大的石油储量,以及有机转化的效率问题。如果依靠远古生物的遗体进行转化,根本达不到如此巨大的储量。


有科学家提出了无机成因论,并进行的一场无机生成石油的试验:将大理石(CaCO3)、氧化亚铁(FeO)和蒸馏水(H2O)放在高压环境下观察,当压力达到5万个大气压,环境温度达到1500摄氏度的时候,这三种无机物竟然生成了甲烷,这成为了石油无机成因的关键证据。另外,土卫六上的湖泊充满甲烷,而土卫六根本没有存在过生命,这些甲烷是如何形成的呢?答案可能是土卫六内部的地质运动。


不可否认,有机成因论依然占据主流位置,无机成因论还在寻找科学证据,但终有一天石油的真正成因会真相大白。假若无机成因论最终被证实,石油可以再生的话,只要地球演化没有终止,地球的油气不会枯竭,完全可以用取之不尽,用之不竭来形容。


如此一来,未来汽车是否是更节能、环保的燃油汽车的天下,锂电池新能源汽车还有存在的必要吗?因而锂电池发明者对于人类的贡献,也就还存在相当程度上的争议。


钜大特种电池工程研究院

钜大特种电池工程研究院

钜大特种锂离子电池工程研究中心是由东莞钜大电子有限公司兴建,并与中南大学、华南理工大学和东莞理工学院相关科研团队联合运营的特种锂离子电池产业化研发中心,研究中心秉持"以特殊环境、特殊用途和特殊性能的需求为导向,以产学研深度融合为创新驱动"的办院方针,力求满足用户独特的需要,从而为用户创造独特的价值。