“科學(xué)麻辣燙”聚焦鋰電技術(shù)

電池革命如何重新“定義”汽車?

10月9日，三位科學(xué)家因在鋰電子電池領(lǐng)域做出的貢獻(xiàn)，成為2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)摺Ｆ鋵?shí)，這一諾獎(jiǎng)成果已經(jīng)被我們握在了手中——因?yàn)椋阄艺谑褂玫氖謾C(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車等，都離不開鋰電池。

目前，我國(guó)的新能源汽車市場(chǎng)保有量和增量已經(jīng)躍升為世界第一，電動(dòng)汽車的“油箱”備受關(guān)注。那么，電池技術(shù)將如何推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，讓人們的出行更加便捷、安全?

12月3日，以“電池革命如何重新‘定義’汽車”為主題的“科學(xué)麻辣燙”第四期活動(dòng)在北京舉行，本次活動(dòng)邀請(qǐng)北京理工大學(xué)材料學(xué)院教授陳人杰、北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院教授何洪文、全國(guó)廢棄化學(xué)品處置標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)委員林曉三位專家從三個(gè)問題著手，與媒體一起探討了電池革命對(duì)汽車領(lǐng)域發(fā)展的影響。

電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能否更持久?

“就怕出不了遠(yuǎn)門”——對(duì)于一直困擾著電動(dòng)汽車用戶的續(xù)航問題，陳人杰表示，科學(xué)家一直在致力于提升電池“電力”，開發(fā)具有更高能量密度的電池體系。從鉛酸電池、鎳鎘電池再到現(xiàn)在的鋰離子電池，電池材料不斷變化，電池的能量密度也在不斷提高。

“和現(xiàn)有的鋰離子電池相比，鋰硫電池的能量密度可以做得更高。” 陳人杰稱，目前其研究團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)高性能電池體系，利用新的材料，提升電池的能量密度、循環(huán)性能、功率特性和安全性等。

除了利用新材料，還可以通過電池的充放電管理讓電池更持久。何洪文表示，動(dòng)力電池系統(tǒng)的性能不僅取決于單個(gè)電池的性能，鑒于動(dòng)力電池組具有的“木桶效應(yīng)”和充放電末期具有的“掃帚效應(yīng)”，加強(qiáng)對(duì)動(dòng)力電池組的能量、安全、耐久性管理也很重要。

何洪文說，基于模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)管理狀態(tài)量進(jìn)行估計(jì)的常用方法，通過建立電池的高精度模型，采用先進(jìn)的估計(jì)算法并引入狀態(tài)反饋修正，可以有效保證電池狀態(tài)量的估計(jì)精度。

電動(dòng)汽車的電池能否更安全?

時(shí)常見諸報(bào)端的車輛電池著火消息，帶來了消費(fèi)者最關(guān)心的問題：電動(dòng)汽車的電池能否更安全?

“雖然電動(dòng)汽車暴露出一些安全隱患，但可以從安全的動(dòng)力電池材料體系、動(dòng)力電池的安全管理方面解決問題。” 何洪文稱，我國(guó)已率先建立了新能源汽車的三級(jí)監(jiān)管平臺(tái)，有了很好的一手?jǐn)?shù)據(jù)積累。目前業(yè)內(nèi)也正在從動(dòng)力電池安全風(fēng)險(xiǎn)在線評(píng)估、異常性能單體的預(yù)警管控以及整車的安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多方面構(gòu)建安全保障體系，完善電動(dòng)汽車的安全性能。

“鋰離子電池易燃主要和電解液有關(guān)。” 陳人杰表示，現(xiàn)在電池的制造工藝、生產(chǎn)過程的安全管理等方面已經(jīng)有了很大提升，但是依然使用液態(tài)電解質(zhì)，未來可以研發(fā)固態(tài)的電解質(zhì)體系，提升電池的安全性。

“大數(shù)據(jù)、云管控、智能化為完善動(dòng)力電池的安全管理提供了新抓手。” 何洪文表示，通過安全的電池材料體系升級(jí)再輔以智能化的動(dòng)力電池管理，可以進(jìn)一步完善動(dòng)力電池系統(tǒng)的安全性能。

如何應(yīng)對(duì)到來的電池報(bào)廢潮?

隨著越來越多的電動(dòng)汽車投入市場(chǎng)，快速發(fā)展的新能源行業(yè)迎來電池的報(bào)廢潮,廢舊電池處理成為難題。

“2018年我國(guó)報(bào)廢電池達(dá)6000噸左右，三年后的數(shù)據(jù)會(huì)達(dá)到20萬~30萬噸，這對(duì)工業(yè)解決方案的要求特別迫切。”林曉表示，報(bào)廢電池留在城市中會(huì)有污染和安全風(fēng)險(xiǎn)，必須把報(bào)廢電池資源回收回來。

過去的十年中，電池的價(jià)格已經(jīng)降至原來的十分之一，這意味著電池材料中的金屬價(jià)格已經(jīng)很接近電池成本價(jià)格。林曉表示，通過電池的回收，可以基本實(shí)現(xiàn)盈利，但目前還需要探索更加成熟的工業(yè)解決方案。鋰離子電池的回收技術(shù)在常規(guī)的消費(fèi)領(lǐng)域已經(jīng)有了，但動(dòng)力類電池的材料和系統(tǒng)不一樣，需要更多的研發(fā)來解決問題。

“廢舊電池的處理不應(yīng)再走先污染后治理的老路。”陳人杰表示，電池在設(shè)計(jì)制造源頭要選擇一些對(duì)環(huán)境非常友好的綠色電池材料，同時(shí)要兼顧電化學(xué)性能，構(gòu)筑綠色電池體系，通過再設(shè)計(jì)、再利用、再回收，真正達(dá)到電池的綠色指標(biāo)。

“車輛電動(dòng)化是國(guó)際公認(rèn)的發(fā)展趨勢(shì)。”何洪文認(rèn)為，電池的技術(shù)革命一直在路上，汽車性能提升導(dǎo)向?qū)π滦碗姵氐男枨笠苍诓粩嗟靥岣?，將推?dòng)電池技術(shù)及其系統(tǒng)集成、管理控制發(fā)生新的變化。

黃哲雯