目前,我國新能源產業發展雖然取得了一定的先發優勢,但仍面臨發展短板的問題,核心技術也有待突破,這些都等待著勇敢者們用智慧去攀登,用堅持來跨越。

整車續航里程翻倍 公交車8分鐘充電超60% 你的電池該換了?

“十三五”期間,中國新能源汽車的產銷快速增長,連續五年位居全球第一,預計到今年年底新能源汽車的保有量將突破500萬輛。同時,中國在新能源電池的核心技術方面也不斷傳來好消息,80歲的中國鋰電池第一人陳立泉帶著他的團隊研發出了新型的電池材料。

新型納米硅鋰電池問世,容量是傳統鋰電池的5倍

80歲的中國工程院院士陳立泉是中國鋰電產業的奠基人。上世紀80年代,陳立泉和團隊在中國率先開展了固體電解質和鋰二次電池研究。1996年,他帶領科研團隊在國內率先研制出鋰離子電池,率先解決了國內鋰離子電池規?;a的科學技術與工程問題,實現了國內鋰離子電池的產業化。

在江蘇溧陽,陳立泉院士的得意門生李泓,帶領團隊經過二十多年的技術攻關,在一項鋰電池關鍵原材料上獲得了突破,并在2017年進行了量產。

納米硅負極材料是他們自主研發的新材料,用它做成的紐扣電池,其容量是傳統石墨鋰電池的5倍。

硅在自然界中廣泛存在,儲量豐富,砂子的主要成分就是二氧化硅。但是要把金屬硅做成硅負極材料,就要進行特殊的加工處理。在實驗室里,完成這樣的加工處理并不是難事,但是要做成噸級的硅負極材料,這就需要大量的技術攻關和試驗。

中科院物理所從1996年就開始研究納米硅,2012年開始做硅負極材料生產線,直到2017年才做出第一條生產線,而且不停地調整修正。經歷過幾千次的失敗才批量生產出了硅負極材料。目前,溧陽這家工廠年產鋰離子電池硅負極材料可以達到2000噸。

如果說硅負極材料是未來提高鋰電池能量密度的一個很好的選擇,那么固態電池技術則是解決目前鋰電池安全性、循環壽命等問題的一種公認的有效解決方案。當前很多國家都在積極布局固態電池的研制,中國在固態鋰電池技術方面的研發也在與國際同步。

在溧陽的這家工廠里,采用了李泓教授帶領團隊研發的固態鋰電池的無人機,續航里程比同樣規格的無人機,增加了20%。奧秘都在這個黑褐色的材料上,它們就是中科院物理研究所研制的固態化正極材料。

2018年,這里已經完成了300Wh/kg固態動力電池系統的設計開發,在車輛上搭載后,可以使整車續航里程增加一倍。2019年,中科院在江蘇溧陽建立了固態電池中試生產線,今年5月,已經陸續有產品開始在消費電子類產品中使用。

不過,李泓告訴記者,這還不是完全意義上的全固態電池,而是在液態鋰電池技術上不斷優化的類固態電池,要想讓汽車續航里程更遠、手機待機時間更長、無人機飛得更高更遠,就要研發更安全、更大容量的全固態電池。

新型電池層出不窮 “電動中國”正在建設

不僅是中科院科物理所,很多企業也都在探索新能源電池的新技術、新材料。在廣東珠海的一家新能源公司,一輛純電動公交車在公司的充電示范區進行充電。

充電三分多鐘,剩余電量就由33%上升到60%以上,僅僅8分鐘,這輛公交車的電量就充滿了,顯示為99%。

梁工告訴記者,城市公交車線路固定、一個來回的公里數不會超過100公里,利用公交司機休息的時間充電,可以充分發揮鈦酸鋰電池充電快的優勢,另外鈦酸鋰電池還有循環壽命長的優勢。

在這家公司的電池研究院,有一塊從2014年就開始進行充放電循環試驗的鈦酸鋰電池,如今六年時間,充放電已超過3萬次。

在另外一間實驗室,技術人員給記者演示了鈦酸鋰電池跌落、針刺、切割試驗,特別是鋼針刺穿進電池之后,沒有發生燃燒、冒煙等現象,而且電池還能正常使用,同樣鈦酸鋰電池具有寬域的環境溫度。

盡管鈦酸鋰電池有長壽命、高安全、充電快的優勢,但是鈦酸鋰電池的能量密度不夠高,只有鋰電池的一半左右。因此,他們把目標市場放在了公交車、專用車輛,以及儲能電站等對能量密度要求不高的應用場景。

在儲能電池研發和產業化方面,中科院物理研究所研發的鈉離子電池已經開啟了商業化之路。相同的儲電量,鈉離子電池相比鉛酸電池,不僅體積小,而且重量大大減輕,同樣體積鈉離子電池的重量不到鉛酸電池的30%。在一款低速電動觀光車上,同樣的空間,儲存的電量增加了60%。

2011年,同樣師從陳立泉院士的中科院物理所研究員胡勇勝帶領團隊,開始致力于鈉離子電池技術的研發,經過近10年技術攻關,開發出了鈉離子電池,在國內以及全球鈉離子電池底層研發及產品應用領域都處于領先地位。

相比鋰離子電池,鈉離子電池最大的一個優勢就是原材料分布廣泛、價格便宜。生產負極材料的原料就是經過洗選的煤炭,每噸的價格不到一千元,遠遠低于幾萬元一噸的石墨價格。而另一種材料碳酸鈉,同樣資源量豐富,價格便宜。

鈉離子電池不易燃燒,安全性好,在零下40攝氏度都可以工作,但是能量密度不如鋰電池,目前只能用在低速電動車、儲能電站等對能量密度要求較低的領域。不過,鈉離子電池的目標是用做儲能設備,目前已經開發出100千瓦時的儲能電站系統。

對于未來動力電池、儲能電池發展的方向,中國工程院院士陳立泉認為,安全性和成本仍然是動力電池、儲能電池等技術攻關的核心要求。在傳統能源緊缺的情況下,儲能電池能夠促進可再生能源并網應用,改善峰谷用電矛盾,形成綠色、可持續的能源結構。

【半小時觀察】攻克新能源發展的“痛點”

中央關于“十四五”規劃的建議中,將新能源、新能源汽車同新一代信息技術、生物技術、高端裝備、航空航天、海洋裝備等列為要加快發展的戰略性新興產業。同時指出,要構建戰略性新興產業增長引擎,培育新技術、新產品、新業態、新模式。

在節目中我們看到,科研機構、產業化公司,正在通過不同的技術路線,攻克新能源發展的“痛點”。目前,我國新能源產業發展雖然取得了一定的先發優勢,但仍面臨發展短板的問題,核心技術也有待突破,這些都等待著勇敢者們用智慧去攀登,用堅持來跨越。

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[責任編輯:趙卓然]
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