2、如何破解鋰離子電池引發(fā)的“焦慮”？
現(xiàn)在有兩個(gè)問題，一個(gè)是安全問題，一個(gè)是里程問題，安全問題和里程問題都跟鋰離子電池有關(guān)系。
鋰離子電動(dòng)車的安全事故時(shí)有發(fā)生，雖然它的安全事故并沒有燃油車的事故多，但是它是個(gè)新生事物，一旦有一個(gè)鋰離子電池車燃燒了或者是爆炸了，網(wǎng)上馬上就傳開了，而且傳得很快。這樣鋰離子電池電動(dòng)車可能就會(huì)受一些影響，產(chǎn)銷都會(huì)受一些影響。里程問題是指鋰離子電池現(xiàn)在的能量密度還不夠高，充一次電大概行駛里程也就是100多公里、200多公里。
我覺得電動(dòng)汽車應(yīng)該把車跟電分開，就是買車和買電池要分開。最好是買一輛電動(dòng)車，我每天上班，如果是從天安門到清華或者到五環(huán)路就可以，可能也就是30公里，那是不是買一輛車能開30公里就行了？不一定非得要開100多公里、200公里，也就是說裝10度電就夠了。那么車子的錢加上這10度電的電池的錢肯定不會(huì)超過10萬元錢，大概五、六萬我就可以買一輛車。但是我要開長(zhǎng)途車怎么辦？能不能我開長(zhǎng)途車的時(shí)候再去租電池？也就是說要專門成立一個(gè)電池的公司。
實(shí)際上我是不主張快充的，因?yàn)楝F(xiàn)在鋰離子電池的機(jī)理決定了它是插入式反應(yīng)，就是說你要允許離子能夠有時(shí)間把它插進(jìn)去。而且現(xiàn)在我們所用的正極材料也好，負(fù)極材料也好。負(fù)極材料用石墨，石墨是個(gè)層狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)只有離子要對(duì)著那個(gè)層才能插進(jìn)去。如果說正好那個(gè)石墨跟它離子是垂直的，它進(jìn)不去，它就要轉(zhuǎn)一個(gè)90度才能進(jìn)去。所以你要給它一個(gè)轉(zhuǎn)90度的時(shí)間，如果說你不給它一個(gè)時(shí)間，直接快充的話，它轉(zhuǎn)不過去就會(huì)在石墨片上沉積下來，這樣對(duì)電池壽命是不利的。同樣，放電的時(shí)候，如果特別快地放電，倍率太大了也不行，它也是層狀結(jié)構(gòu)的。一個(gè)正級(jí)材料它回去也是一樣，它是要找準(zhǔn)那個(gè)狹縫它才能進(jìn)去，如果它找不準(zhǔn)的話也進(jìn)不去，也要等著有機(jī)會(huì)它才能往里走。所以說我不主張快充，我是最希望換電池的。適當(dāng)?shù)谋堵食涫强梢裕翘乜炝瞬恍校瑩Q電模式是好，但是做起來相當(dāng)困難，標(biāo)準(zhǔn)不好統(tǒng)一。這個(gè)一定要國(guó)家統(tǒng)一來考慮，如果說國(guó)家不出臺(tái)政策統(tǒng)一考慮的話，那是很難做的。
現(xiàn)在蔚來公司有一種換電的模式，它從北京開到深圳，每開一步它是有地方換電，幾分鐘就可以換完，充電最快是大概一刻鐘，就是喝一杯咖啡的時(shí)間。一刻鐘已經(jīng)是夠快的了，換電的話它幾分鐘就可以換完。因?yàn)槲易钤鐓⒂^換電是在清華，清華里頭有一個(gè)換電的裝置，車開上去之后就把車給頂起來，換電的裝置都在地底下，很快就把它換掉了。但是這個(gè)車一定要標(biāo)準(zhǔn)化，電池一定要標(biāo)準(zhǔn)化。所以這就要求國(guó)家要統(tǒng)一出臺(tái)政策，就是換電的政策。
我大概一個(gè)月以前，在北京打了一個(gè)出租車，從圓明園到中關(guān)村，我坐的正好是電動(dòng)汽車。我就問他，這個(gè)車跑一天充幾次電，他說我不充電我是換電。我說北京有換電嗎？他說有，北京出租車全部是換電。就是說現(xiàn)在換電他不用管，你開到那兒去，就有人幫你把電換了，他們還是喜歡開電動(dòng)出租車。所以將來我們解決退補(bǔ)以后，我覺得一個(gè)不讓銷路往下滑的很重要的事，就是我們是不是可以再回過來重新考慮換電的模式。
從2009年開始，我國(guó)汽車產(chǎn)銷量連續(xù)11年位居全球第一。隨之而來的則是石油消耗量劇增、空氣質(zhì)量惡化等一系列棘手問題。前所未有的能源危機(jī)，讓新能源的開發(fā)利用迫在眉睫。對(duì)汽車來說，不管什么樣的新能源，最終都是轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動(dòng)車輛，而電池作為儲(chǔ)存電能的動(dòng)力核心，其性能在新能源汽車的研發(fā)中扮演著極為關(guān)鍵的角色。鋰離子電池能否根治“汽車病”？它能不能幫助我們構(gòu)建起能源互聯(lián)網(wǎng)，破解能源危機(jī)？
3、“電動(dòng)中國(guó)”能否破解能源危機(jī)？
我們發(fā)展電動(dòng)車不是為發(fā)展電動(dòng)車而發(fā)展電動(dòng)車，實(shí)際上是跟我們國(guó)家的能源情況密切相關(guān)的。2004年，我們工程院做的一個(gè)咨詢項(xiàng)目，就是2050年中國(guó)的油氣資源的情況怎么樣。這個(gè)執(zhí)行項(xiàng)目的結(jié)果大概是這樣：到2050年，我國(guó)自產(chǎn)石油大概每年1.8億噸是沒問題的，就是說從現(xiàn)在開始到2050年還可以在1.8億噸每年的這個(gè)水平。
實(shí)際上這條紅線就是1.8億噸，去年大概是1.9億噸，石油的對(duì)外依存度最好不要超過50%。2017年進(jìn)口石油是4.2億噸，國(guó)產(chǎn)石油1.92億噸，對(duì)外依存度到了68.6%，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過50%了。那么我們的汽車的保有量是2.17億輛，每千人是167輛，世界平均每千人是131輛，我們現(xiàn)在比世界平均水平稍稍高一點(diǎn)，但跟美國(guó)的每千人800輛那還差得遠(yuǎn)。汽車的油耗，如果說按照一輛車一年平均兩噸油來算的話是4.3億噸油，也就是說，我們進(jìn)口4.2億噸給汽車用掉了。
最近發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)大油田隱藏量是10億噸，這都是作為特大喜訊報(bào)的。我問了他們回采率是多少，他說回采率可能低于50%，大概40%。兩個(gè)油田的話，也就是說兩年不用進(jìn)口，但是第三年還要進(jìn)口，而且不可能老有像這種10億噸的油田被發(fā)現(xiàn)。所以從這個(gè)可以看得出來，我們的儲(chǔ)油現(xiàn)在只夠40天用，而日本的儲(chǔ)油是200天。我們國(guó)家儲(chǔ)油希望能夠是100天，這樣的話，實(shí)際上我們最近幾年這個(gè)儲(chǔ)油量已經(jīng)是大大增加了。
能源安全是一個(gè)很重要的事情，當(dāng)時(shí)我們分了幾個(gè)組，一個(gè)是電取代組、煤取代組、生物質(zhì)能取代組和總體組。我是電取代組的，就是發(fā)展電動(dòng)車取代進(jìn)口油，這是我們電取代組的一個(gè)結(jié)論。另外要考慮全球二氧化碳的排放，因?yàn)槲覀兪菂⒓恿恕栋屠铓夂騾f(xié)定》的，中國(guó)2010年二氧化碳排放量開始急劇往上升，最近幾年稍稍往下掉一點(diǎn)，然后又往上升了一點(diǎn)。中國(guó)的二氧化碳的排放量是世界第一，所以實(shí)際上我們受到的壓力是相當(dāng)大的。
《巴黎氣候協(xié)定》規(guī)定溫度的升高不能高過兩度，這也是大家的希望。因?yàn)楝F(xiàn)在像我們國(guó)家的西部那些雪山好像也都開始融化，你看美國(guó)排放量比我們低，本來它是第1位，那么現(xiàn)在我們中國(guó)第1位。因?yàn)橛《痊F(xiàn)在發(fā)展很快，它如果不控制的話肯定要遠(yuǎn)超過中國(guó)。我們希望交通能夠電動(dòng)化，小城市是自行車、汽車、公交車，大城市多一個(gè)地鐵，城市間現(xiàn)在有高鐵，現(xiàn)在有飛機(jī)、有船舶。我們希望包括高鐵、飛機(jī) 船舶都能夠電動(dòng)化，就是電動(dòng)汽車、電動(dòng)飛機(jī)、電動(dòng)船舶，這就要靠鋰電池。
最近沈陽有一個(gè)企業(yè)做了一架電動(dòng)飛機(jī)，是兩個(gè)座的。但實(shí)際上你們從網(wǎng)上看的話，2010年上海一個(gè)民營(yíng)企業(yè)已經(jīng)做了一個(gè)電動(dòng)飛機(jī)，也是兩個(gè)人的，已經(jīng)試飛成功。實(shí)際上現(xiàn)在電動(dòng)飛機(jī)做得好的是以色列人，現(xiàn)在做九個(gè)座位的。所以現(xiàn)在我們除了電動(dòng)汽車，還要發(fā)展電動(dòng)船舶和電動(dòng)飛機(jī)。
實(shí)際上現(xiàn)在中國(guó)已經(jīng)有電動(dòng)船舶了，是在廣州的一個(gè)2000噸的電動(dòng)船，它用的電池的量大概是八十幾輛電動(dòng)車的電池量，是在珠江運(yùn)煤做運(yùn)輸?shù)倪@個(gè)船。在上海也有500噸的這種船，不止一艘，有好幾艘了。另外在溧陽現(xiàn)在已經(jīng)注冊(cè)了一個(gè)電動(dòng)船舶的公司，那是哈理工的李革臣教授注冊(cè)的一個(gè)公司。有人說電動(dòng)汽車并不減少二氧化碳的排放，實(shí)際上這個(gè)電就從電網(wǎng)的電，從發(fā)電廠到用戶，它是分高峰電和低谷電。峰電和谷電它的價(jià)格不一樣，要鼓勵(lì)用低谷電。
另外，我們發(fā)展太陽能跟風(fēng)能、水能、核能，這幾種能源對(duì)二氧化碳的排放當(dāng)然是相當(dāng)少，但是這些能源實(shí)際上它都要儲(chǔ)能的。原來我對(duì)太陽能沒有什么印象，我參觀過北京附近的張北我才知道，太陽能實(shí)際上更需要儲(chǔ)能。就說一朵烏云來了以后，把太陽一遮，它的發(fā)電突然一下就小了，幾乎就為零了。當(dāng)這朵烏云一走，馬上這個(gè)電流就上來了，所以它比風(fēng)電更需要儲(chǔ)能。風(fēng)電，不管風(fēng)來風(fēng)走，我這個(gè)風(fēng)葉還在那兒轉(zhuǎn)。風(fēng)來的時(shí)候轉(zhuǎn)得快一點(diǎn)，風(fēng)走了以后轉(zhuǎn)得慢一點(diǎn)，所以它不像太陽能那么厲害。風(fēng)電、太陽能都需要儲(chǔ)能，所以現(xiàn)在有的地方棄風(fēng)棄光，還有水力發(fā)電的棄水，我們棄風(fēng)、棄光、棄水大概電量是1100億度電每年，可以夠600萬輛電動(dòng)汽車用一年。實(shí)際上你只要能夠把儲(chǔ)能搞好了，你不要增加新的發(fā)電廠，不要多燒煤，你就把這個(gè)谷電用起來就可以了。
實(shí)際上就是我們要建一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)，這個(gè)實(shí)際上已經(jīng)提了好幾年了。從我們目前的能源發(fā)展情況來看，現(xiàn)在就是肯定要發(fā)展一些風(fēng)能、太陽能、水能，綠色化發(fā)展，核能不能說它完全是綠色，但它是個(gè)新能源，所以這些肯定是要發(fā)展。那么，要發(fā)展的話就肯定要把所有這些能源應(yīng)該有一個(gè)網(wǎng)把它“網(wǎng)”起來，所以就是說能源互聯(lián)網(wǎng)。
最好我買了一輛電動(dòng)車，我走到哪兒我都能充電，就跟現(xiàn)在自行車一樣，我走到哪兒只要刷一下碼，有自行車在那兒，我就可以騎一輛車走。將來也能夠做到這么方便，我的汽車沒有電了，我走到哪兒我有一個(gè)充電樁，一刷碼我就可以充，或者說換電，這就當(dāng)然是更不用說了。現(xiàn)在說互聯(lián)網(wǎng)的概念還有云存儲(chǔ)的概念，實(shí)際上將來都可以把這些概念用在能源上。因?yàn)楝F(xiàn)在能源的話還是條塊分割比較厲害，就是國(guó)家電網(wǎng)它也是國(guó)家電網(wǎng)有一套，然后各個(gè)地方有地方一套。比方說現(xiàn)在是棄風(fēng)棄光，那么它可能是為了減少棄風(fēng)、棄光要各個(gè)省市分?jǐn)側(cè)蝿?wù)，這當(dāng)然是國(guó)家的一種辦法，但是如果能源互聯(lián)網(wǎng)真正實(shí)現(xiàn)的話，我就可以把新疆的風(fēng)能、太陽能存儲(chǔ)起來，上網(wǎng)就可以了，別的地方有需要就可以用了，這樣就比較方便。我們現(xiàn)在有的地方電能很便宜，有的地方電能就很貴，如果能夠把新疆的電弄到需要的地方不是挺好嗎？我想能源互聯(lián)網(wǎng)就要起這個(gè)作用。
現(xiàn)在清華大學(xué)新成立了一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，就是想把互聯(lián)網(wǎng)的概念用在能源上，能夠把我們國(guó)家的能源將來就是把綠色能源增加，把化石能源減少，我想這是能源互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)作用。
4、誰才是未來的終極電池？
現(xiàn)在的鋰離子電池是液體電解質(zhì)，那么能量密度已經(jīng)基本上到了極限，大概300瓦時(shí)每公斤或者350瓦時(shí)每公斤，已經(jīng)到了極限。那么安全性問題時(shí)有發(fā)生，由于它一個(gè)能量密度有限，一個(gè)安全事故會(huì)發(fā)生，所以這樣我們要考慮固態(tài)電池。
固態(tài)電池它是什么呢？現(xiàn)在我們用的是鋰離子電池，更全面一點(diǎn)包括像鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛酸電池這些都是液態(tài)電解質(zhì)的電池。固態(tài)電池可以做得跟鋰離子電池一樣，只不過把電解液換成是固態(tài)。它是固態(tài)，就是里頭不含液態(tài)或者液態(tài)含的很少。固態(tài)電池實(shí)際上不是一個(gè)新的東西，“六五”計(jì)劃、“七五”計(jì)劃我們就將固態(tài)電池列入重點(diǎn)課題，那么科技部也是第一個(gè)把固態(tài)電池這個(gè)課題列為重大項(xiàng)目。
固態(tài)電池的關(guān)鍵就是要研究固體電解質(zhì)材料，固態(tài)電池它的負(fù)極是用金屬鋰。中間這個(gè)電解質(zhì)是固體，固體電解質(zhì)不是液體，那么正極可以用不含鋰的正極材料，也可以用現(xiàn)有的這種正極材料。如果說能夠找出來不含鋰的正極材料，或者說容量更高的，我們就可以做出能量密度更高的固態(tài)電池，那么它的能量密度就可以大于每公斤500瓦時(shí)，那么它安全事故可以大大減小。
實(shí)際上固態(tài)電池不是說沒有短路的那一天，如果固態(tài)電池有短路那一天它會(huì)不會(huì)燃燒？金屬鋰在空氣里頭可能起某種反應(yīng)，但是它的量比較小，它不會(huì)爆炸，所以安全性應(yīng)該說是比現(xiàn)在的鋰離子電池應(yīng)該要安全。
固態(tài)電解質(zhì)基本上我們中國(guó)人沒有原始創(chuàng)新，比較少。既然要發(fā)展固態(tài)電池，一定要有我們的創(chuàng)新。常見的聚合物的材料就這么幾種，PEO （聚環(huán)氧乙烷）、PP0（聚環(huán)氧丙烷）、PAN（聚丙烯腈），它們的室溫離子電導(dǎo)率都比較低。最近青島能源所崔光磊做了一些新的工作，他可以室溫下做到10的負(fù)4次方西門子每厘米，他的電池也用上了，所以應(yīng)該說有新的進(jìn)展。米歇爾·阿芒德聽到崔光磊的報(bào)告以后，第二天就給我發(fā)個(gè)E—MAIL，說看來中國(guó)人再一次走到了世界的前列。
最近新引進(jìn)的一位王雪峰博士，物理所把他引回來了，他把鋰離子電池和鋰氧電池混起來，他是用什么？用硫化鉬作正極，二硫化鉬它可以插鋰進(jìn)去，也可以插氧進(jìn)去，形成一個(gè)新的化合物。混起來以后，它容量是相當(dāng)高的。這個(gè)工作我們?cè)谖锢硭采暾?qǐng)了專利，所以這是新的一些思路，將來會(huì)對(duì)固態(tài)電池起作用。
所以我希望通過固態(tài)電池的發(fā)展來使我們國(guó)家能從跟跑、并跑一直到領(lǐng)跑。一直保持世界市場(chǎng)占有率第一位的位置。要保持這個(gè)第一位地位的位置，我想對(duì)目前的鋰離子電池的工作我們不能放松，就是有很多創(chuàng)新的工作、創(chuàng)新的成果我們要往產(chǎn)業(yè)化走。
日本人Kanno（菅野）我很佩服他，他一直堅(jiān)持固體電解質(zhì)一直沒放，我覺得日本的這一點(diǎn)我們是值得學(xué)習(xí)的。我們的固態(tài)電池研究工作從鋰離子電池開始就基本上都放掉了、停掉了，但是現(xiàn)在，只是現(xiàn)在我們又回過頭來重新去做。我覺得重新去做也不晚，我們還可以，實(shí)際上還可以趕得上，從目前的趨勢(shì)來看我們還是有優(yōu)勢(shì)。所以鋰電池的工作，無論是鋰電池也好、固態(tài)電池也好、還是液體電解質(zhì)電池都是應(yīng)該是有很多工作要鼓勵(lì)創(chuàng)新的。
除了這個(gè)以外，其他電池一定要做，比方說鈉離子電池，你別看現(xiàn)在大家做鋰離子電池都是信心滿滿，但是全世界開的車都用鋰離子電池的話，實(shí)際上鋰是不夠的。昨天米歇爾·阿芒德也給了一個(gè)數(shù)據(jù)，就是說全世界10%的電動(dòng)汽車都用電池來開的話，它大概需要多少電池 ？60多億噸還是多少，量是相當(dāng)大的。這樣的情況下，一定要發(fā)展像鈉離子電池這一類資源比較豐富的電池。另外鋁離子電池、鎂離子電池或者是鋅離子電池這些實(shí)際上也應(yīng)該做的，特別是有些工作是我們有優(yōu)勢(shì)，是我們?cè)谙鹊摹?/p>
鈉離子電池是我們有優(yōu)勢(shì)，第一輛低速電動(dòng)車是我們演示的，第一個(gè)100千瓦的電站是我們演示的，然后就像鋅離子電池的專利，人家也承認(rèn)是中國(guó)的首先的專利。現(xiàn)在我們正在做鋰的或者鎂的固態(tài)電池，我覺得這些東西的話大家都是從頭做起，我覺得是我們只要抓住時(shí)機(jī)能夠不放棄，應(yīng)該說是有機(jī)會(huì)走到世界前頭的。
氫氧燃料電池不是電池，它實(shí)際上是個(gè)發(fā)電裝置。就是說你有了氫了，我通過它加上氧我可以發(fā)電、產(chǎn)生電，它是個(gè)發(fā)電裝置，不是電池。但是氫氧燃料電池我們一定要研究。氫它沒有礦，它不像鋰，鋰有鋰礦。中國(guó)的這個(gè)鋰的資源雖然是沒有南美洲那么多，但是我們還算是鋰資源比較豐富的國(guó)家，但是氫你沒有。你將來氫從哪兒來？有人說你電解水制氫呢?那當(dāng)然是可以電解水制氫，大家都可以電解水制氫，但是電解水制氫要什么？要電。你有了電，以電解水制氫，然后氫你再把它裝瓶也好，把它液化，最后你再把氫又用氫氧燃料電池去發(fā)電。就是說開始是電，最后還是電，你都是用這電去開車。
如果說能夠解決太陽能光解水制氫這個(gè)問題，那么將來我們氫氧燃料電池的確是大有希望。氫氧燃料電池我們要研究，但是要大發(fā)展，就是說它要去取代鋰離子電池的這個(gè)地位，不是近期的事情。
我們目前應(yīng)該考慮怎么樣把“電動(dòng)中國(guó)”從夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)，這是一個(gè)國(guó)家的急需。這些創(chuàng)新性很強(qiáng)的研究，不管你是再創(chuàng)新還是我們自己的獨(dú)創(chuàng)，都應(yīng)該讓中國(guó)鋰電池由跟跑到并跑，最終實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑，為實(shí)現(xiàn)“電動(dòng)中國(guó)”的這個(gè)夢(mèng)想奠定基礎(chǔ)。
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