独家专访||欧阳明高院士:电动车有望成为储能装置与电网互动 石墨烯暂不会成为电池主体材料

2021-06-30 11:59:51     来源:中国科技新闻网

中国科技新闻网6月30日讯(赵芙瑶)第34届世界电动车大会暨展览会(EVS34)于2021年6月25-28日在江苏南京隆重举行。大会以“奔向智慧 电动出行”为主题,通过“学术交流+产业论坛+展览展示”三位一体的模式,在促进区域新能源汽车产业高质量发展和实现“碳达峰、碳中和”目标做出更大贡献。

EVS34开幕式上,汽车动力系统专家、中国科学院院士、清华大学教授、博士生导师欧阳明高作了题为“新能源汽车与新能源革命”的大会主旨报告。

欧阳明高在报告中指出,世界将迎来第三次能源革命——碳中和与新能源革命,并展望了中国纯电动车电机驱动系统技术发展趋势。报告中还提到了三项创新技术:商用车轮毂技术研发与产业化、电机对电池加热实现全天候电动汽车、氢燃料电池动力系统及商用车研发。

欧阳明高从“十一五”开始连续三个五年计划担任国家节能与新能源汽车科技重点专项首席专家。他长期从事汽车新型动力系统研究,提出了发动机电控高压柴油喷射新方法,发明了毫秒级燃油压力波精确调控技术。揭示出高比能量锂离子动力电池热失控诱发与蔓延新机制及抑制途径,发展了质子交换膜燃料电池系统非线性动态建模与状态辨识理论,建立了燃料电池/动力电池能量混合型动力系统设计与最优控制方法。研制出系列新装置与新系统并实现产业化应用。

中国科技新闻网/摄影

这一系列的科研成果,为我国汽车节能减排和新能源汽车发展做出了巨大贡献。EVS34会后,欧阳明高接受了中国科技新闻网专访,就大众关心的新能源电动汽车的“里程焦虑、安全事故”等问题发表看法,展望了未来新能源电动汽车的发展路径以及电池材料的发展趋势。

中国科技新闻网:本次EVS34大会的主题是“奔向智慧 电动出行”,目前虽然大众对于新能源电动汽车已经有一定的接受度,不过“里程焦虑、安全事故”等问题也一直影响着消费者的购买情绪,在未来,“安全、可靠、经济”的新能源电动汽车将沿着何种发展路径前行?

欧阳明高:目前新能源电动汽车其实已经在大规模的进入家庭,截至今年5月份,我国电动汽车的销量已经占到所有汽车销量的10%,这足以说明大众对电动汽车的接受程度越来越高。一些心存疑虑的人可能还不太了解电动汽车,在他们的印象中,电动汽车“开不远、能量低、不安全、寿命短、充电慢”,实际上这些担忧,已经基本上从技术层面得到了解决,只是在产品层面可能还需要一定时间来进行逐步优化。

比方说续航里程,会有越来越多的高续航里程的电动汽车进入市场,寿命也已经超过了用户的实际使用里程。因为现在电池的寿命都在1500次以上,一辆续航500公里的电动汽车,1000次就是50万公里,对一个普通用户来讲,不大可能开到50万公里。何况目前电池寿命根本不止1000次,甚至可以高达3000~5000次,所以未来可能会利用这些多余的寿命来跟电网互动,让电动汽车用户获取收益,也就是挖掘电动车作为储能装置的潜力。

至于冬天续航里程缩短的问题,也将通过技术升级而逐步得到解决。因为冬天取暖用的能量会比较多一点,所以续航会缩短10%~20%,但不至于缩短太多,未来加热技术也很快就会普及。

而在安全方面,前期的确是个问题。不过它的概率还是很小的,基本上和燃油车持平。另外我们经过统计发现,此类安全事故一般是不会有人身伤亡的,主要是车体本身受到损伤。因为电动汽车从发生事故到真正燃烧起大火期间,这段时间是足够逃脱的。

此外全国很多电池公司目前都在开发不燃烧的电池包,我们预计三到五年之后就完全可以在产品上面实现,所以大家不必过于担心。我也对电池技术的进步充满信心,因为全世界做电池研究的人员非常充足,而且中国也是“电池产业链最全、规模最大、研究人员队伍最庞大”的一个市场。所以未来保障电池技术的不断进步以及推出一个使客户满意的产品,我相信需要的时间不会太长。

 中国科技新闻网:新能源电动汽车的充电速度还有多大的提升空间?未来如何让新能源电动汽车更加经济适用、更加普及化?

欧阳明高:我们国家的充电技术路线有这样的特点:平时以慢充为主,所以需要普及慢充的充电桩。用户可以在家中或者工作单位充电,只要有一个地方可以充电,就能满足日常需求,实际上会比加油更方便,因为不需要去外面寻找加油站。

未来充电基础设施将迎来大发展,接下来也会研究可再生能源、风电光伏。与我们现在的电池不同,它是需要储能的,而电动汽车本身就是一个很好的储能装置,如果每家都购买一辆电动汽车,有60~80度电的储能能力,光伏风电发电不稳定的老问题将得到彻底缓解。此外,随着碳中和以及发展新能源的步骤加快,将会建立更多的储能基础设施,而电动汽车就是其中很重要、成本很低、安全性很好的储能装置。

有了这个储能装置之后,用户实际上可以通过电池的储能功能获取收益。也就是说花钱买了电动汽车,甚至可能用电动汽车赚钱。比如白天光伏发电多,可以对电动车进行充电,而到了晚上就可以进行放电。现在可能是白天用电紧张,将来可能是晚上用电紧张,那么用户可以通过放电,在晚上“卖电”,通过电价差获取收益。

我认为这在5年左右就会慢慢变成现实,目前已经开始示范,10年左右应该会形成很大的规模,因为在2030年,我国的电力系统将会发生实质性的变化,新能源会成为电力装机的主体,车跟建筑的互动性也会更强。所以放眼未来,电动汽车不仅仅是一个交通工具,更可能成为赚钱的工具,这也是电动汽车很大的一个潜力。

在基础设施建设方面,将来政府将越来越重视城市慢充设施的建设,当新能源电动汽车更加普及之后,充电站也将和加油站一样密集。

至于充电速度,350千瓦充电预计将在2025年全方位实施。但是如果是应急补电可以非常迅速,我的团队目前开发的技术可以做到充电5分钟,续航200公里。但这并不意味着充电10分钟就可以跑400公里,充电15分钟可以跑600公里。在这前5分钟之后的充电较慢,前五分钟可以做到又快又安全,我们有技术保障。

此外,也不能一味地追求快速充电,这样很难保证安全,甚至电池的寿命也会受到影响。目前我们也正在和中石化进行合作,将逐步在加油站里建设快充的基础设施,预计三五年之后落地。

 中国科技新闻网:受制于镍钴锂材料的紧缺,新能源电池大规模量产后带来原材料价格的飞涨,抬升了电池成本,是否有更好的替代材料?目前有专家提出开发石墨烯动力电池材料,这是否是未来的发展方向?

欧阳明高:我们目前的主流是以两种锂电池为主体,一种是磷酸电锂电池,一种是镍钴锰的三元锂电池。从目前来看,全球锂资源排名第一的国家是巴西,占到40%,中国排名第二,占到38%。所以我国属于锂资源比较丰富的国家,将来锂资源可回收再次利用,所以从总量上来看,磷酸铁锂电池在材料上应该是没有资源制约问题的。

而三元锂电池可能镍和钴资源受到一定的制约,所以我们正在开发无钴电池,未来钴的含量也会越来越少。

比方说我们原先的比例是3:3:3,也就是三种元素的比例是差不多的,现在已经慢慢调整为6:2:2,钴是2镍是6,慢慢的我也会调整到8:1:1,甚至是9:0.5:0.5,将钴的含量进一步降低,最后做到无钴,这是一个方向。下一代电池如果选用锰元素的话,我国锰资源也是没有问题的。

至于是不是会用石墨烯来替代,目前石墨烯只是电池中的导电添加剂,还不大可能作为电池的主体材料,这个概念已经炒作了很长时间,但从我们电池行业来看,暂时是不可能的。


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