电池革命如何重新“定义”汽车

  • 2019-12-06
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车辆电动化是国际公认的发展趋势,电池的技术革命一直在路上,汽车性能提升导向对新型电池的需求也在不断地提高,将推动电池技术及其系统集成、管理控制发生新的变化。

“车辆电动化是国际公认的发展趋势,电池的技术革命一直在路上,汽车性能提升导向对新型电池的需求也在不断地提高,将推动电池技术及其系统集成、管理控制发生新的变化。”北京理工大学机械与车辆学院教授何洪文在12月3日举办的“科学麻辣烫”第四期活动上指出。

问鼎2019年诺贝尔化学奖的锂电技术已在电动汽车、手机、笔记本电脑等领域独占鳌头,本次活动以“电池革命如何重新‘定义’汽车”为主题,北京理工大学材料学院教授陈人杰、何洪文、全国废弃化学品处置标准委员会委员林晓三位专家与媒体一起探讨电池革命对汽车领域发展的影响,聚焦电池技术将如何推动汽车产业的进步。

电池安全与效率如何“两全”

我国的新能源汽车市场保有量和增量已居世界第一。日前,工信部就《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(以下简称《2021-2035年规划》)公开征求意见,新能源市场又将迎来新的15年发展机遇期。

该规划提出,力争经过持续努力,我国新能源汽车核心技术达到国际领先水平,纯电动汽车成为主流,燃料电池汽车实现商业化应用,公共领域用车全面电动化,到2025年,新能源汽车新车销量占比达到25%左右。

但多年来,动力电池着火事故频发、续航虚高等问题,也严重影响着消费者对新能源汽车市场的信心。

“虽然电动汽车暴露出一些安全隐患,但可以从安全的动力电池材料体系、动力电池的安全管理方面解决问题。” 何洪文表示。他指出,我国已率先建立了新能源汽车的三级监管平台,有了很好的一手数据积累。目前行业内也正在从动力电池安全风险在线评估、异常性能单体的预警管控以及整车的安全防护系统设计等多方面构建安全保障体系,完善电动汽车的安全性能。

“锂离子电池易燃主要和电解液有关。”陈人杰表示,现在电池的制造工艺、生产过程的安全管理等方面已经有了很大提升,但是依然使用液态电解质,未来可以研发固态的电解质体系,提升电池的安全性。

陈人杰认为,改进电池的安全性可以从两方面入手,一方面是电池材料的优化和改良入手,另一方面是对电池的结构和制备工艺进行改进。

“大数据、云管控、智能化为完善动力电池的安全管理提供了新抓手。”何洪文表示,通过安全的电池材料体系升级再辅以智能化的动力电池管理可以进一步完善动力电池系统的安全性能。

电池能量密度提升路在何方

“出不了远门”一直是新能源汽车用户心中的“痛”。为了解决里程焦虑问题以及满足补贴政策要求,当前行业涌现出诸多高能量密度的动力电池。

陈人杰表示,科学家一直在致力于提升电池“电力”,开发具有更高能量密度的电池体系。从铅酸电池、镍镉电池再到现在的锂离子电池,电池材料不断变化,电池的能量密度不断提高。

“和现有的锂离子电池相比,锂硫电池的能量密度可以做的更高。”陈人杰称,目前其研究团队正在开发高性能电池体系,利用新的材料,提升电池的能量密度、循环性能、功率特性和安全性等。

除了利用新材料,还可以通过电池的充放电管理让电池更持久。何洪文表示,动力电池系统的性能不仅取决于单个电池的性能,鉴于动力电池组具有的“木桶效应”和充放电末期具有的“扫帚效应”,加强对动力电池组的能量、安全、耐久性管理也很重要。

何洪文提出,基于模型和数据驱动是对动力电池系统管理状态量进行估计的常用方法,通过建立电池的高精度模型,采用先进的估计算法并引入状态反馈修正,可以有效保证电池状态量的估计精度。

如何应对电池“报废潮”

随着越来越多的电动汽车投入市场,废旧电池的处理成为难题,快速发展的新能源行业也迎来电池的报废潮。据新能源汽车国家大数据联盟的数据显示,预计到2020年,我国退役电池累计约为20万吨。

“2018年我国报废电池达6000吨左右,三年后的数据会达到20-30万吨,这对工业解决方案的要求特别迫切。”林晓表示,报废电池留在城市中会有污染和安全风险,必须把报废电池资源回收回来,解决掉风险。

过去的十年中,电池的价格已经降了至原来的十分之一,这意味着电池材料中的金属价格已经很接近电池成本价格。林晓表示,通过电池的回收,可以基本实现盈利,但目前还需要探索更加成熟的工业解决方案。锂离子电池的回收技术,在常规的消费领域已经有了,但动力类电池的材料和系统不一样,需要更多的研发来解决问题。

“废旧电池的处理不应再走先污染后治理的老路。”陈人杰说。电池在设计制造源头要选择一些对环境非常友好的绿色电池材料,同时要兼顾电化学性能,构筑绿色电池体系,通过再设计、再利用、再回收,真正达到电池的绿色指标。

来源:中国科学报 作者:高雅丽


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