電池革命如何重新“定義”汽車？

文／本刊記者 李 蘋

鋰離子電池自1990年發(fā)明到現(xiàn)在，約翰·古迪納夫、斯坦利·惠廷漢姆、吉野彰，三位科學家獲得了2019年諾貝爾化學獎。歷經(jīng)30年，一個發(fā)明成果逐步走到人類社會生活的方方面面。電動汽車、手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機、電動自行車等，都離不開鋰電技術。目前，我國的新能源汽車市場保有量和增量已經(jīng)成為世界第一，電動汽車的“油箱”備受關注。那么，電池技術將如何推動汽車產(chǎn)業(yè)的進步，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“科學麻辣燙”第四期活動在北京舉行，本次活動由中國科協(xié)調宣部主辦，活動邀請北京理工大學材料學院教授陳人杰、北京理工大學機械與車輛學院教授何洪文、全國廢棄化學品處置標準委員會委員林曉三位專家與媒體一起探討電池革命對汽車領域發(fā)展的影響。

電動汽車續(xù)航能否更持久？

“出不了遠門”，電動汽車的續(xù)航問題一直困擾用戶。陳人杰表示，科學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的更高。”陳人杰稱，目前其研究團隊正在開發(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，動力電池系統(tǒng)的性能不僅取決于單個電池的性能，鑒于動力電池組具有的“木桶效應”和充放電末期具有的“掃帚效應”，加強對動力電池組的能量、安全、耐久性管理也很重要。

何洪文提出，基于模型和數(shù)據(jù)驅動是對動力電池系統(tǒng)管理狀態(tài)量進行估計的常用方法，通過建立電池的高精度模型，采用先進的估計算法并引入狀態(tài)反饋修正，可以有效保證電池狀態(tài)量的估計精度。

電動汽車的電池能否更安全？

車輛電池著火的消息時常見諸報端，電池的安全性也是消費者關心的問題。

“雖然電動汽車暴露出一些安全隱患，但可以從安全的動力電池材料體系、動力電池的安全管理方面解決問題。”何洪文稱，我國已率先建立了新能源汽車的三級監(jiān)管平臺，有了很好的一手數(shù)據(jù)積累。目前行業(yè)內也正在從動力電池安全風險在線評估、異常性能單體的預警管控以及整車的安全防護系統(tǒng)設計等多方面構建安全保障體系，完善電動汽車的安全性能。

“鋰離子電池易燃主要和電解液有關。”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，未來可以研發(fā)固態(tài)的電解質體系，提升電池的安全性。

陳人杰認為，改進電池的安全性可以從兩方面入手，一方面是電池材料的優(yōu)化和改良入手，另一方面是對電池的結構和制備工藝進行改進。

“大數(shù)據(jù)、云管控、智能化為完善動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再輔以智能化的動力電池管理可以進一步完善動力電池系統(tǒng)的安全性能。

如何應對到來的電池報廢潮？

隨著越來越多的電動汽車投入市場，廢舊電池的處理成為難題，快速發(fā)展的新能源行業(yè)也迎來電池的報廢潮。“2018年我國報廢電池達6000噸左右，三年后的數(shù)據(jù)會達到20—30萬噸，這對工業(yè)解決方案的要求特別迫切。”林曉表示，報廢電池留在城市中會有污染和安全風險，必須把報廢電池資源回收回來，解決掉風險。

過去的十年中，電池的價格已經(jīng)降了至原來的十分之一，這意味著電池材料中的金屬價格已經(jīng)很接近電池成本價格。林曉表示，通過電池的回收，可以基本實現(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，在常規(guī)的消費領域已經(jīng)有了，但動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再走先污染后治理的老路。”陳人杰表示，電池在設計制造源頭要選擇一些對環(huán)境非常友好的綠色電池材料，同時要兼顧電化學性能，構筑綠色電池體系，通過再設計、再利用、再回收，真正達到電池的綠色指標。

“車輛電動化是國際公認的發(fā)展趨勢。”何洪文認為，電池的技術革命一直在路上，汽車性能提升導向對新型電池的需求也在不斷地提高，將推動電池技術及其系統(tǒng)集成、管理控制發(fā)生新的變化。