2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了美國(guó)科學(xué)家約翰·古迪納夫、斯坦利·惠廷厄姆和日本科學(xué)家吉野彰，以表彰他們?cè)阡囯x子電池研發(fā)領(lǐng)域作出的貢獻(xiàn)。鋰電池，這種輕巧且可充電且性能強(qiáng)勁的電池，改變了人們的生活，也為構(gòu)建一個(gè)零化石燃料使用的社會(huì)提供了可能。
可有誰(shuí)能想到，1991年日本第一個(gè)將鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化之后卻不斷萎縮，反倒是中國(guó)將這個(gè)產(chǎn)業(yè)一步一步做到了世界第一。這中間究竟發(fā)生了什么?鋰離子電池為人類創(chuàng)造了一個(gè)新的可充電的世界，而以鋰離子電池為基礎(chǔ)構(gòu)建的“電動(dòng)中國(guó)”計(jì)劃，則正在幫助我們擺脫對(duì)化石燃料的依賴。
但是，如今，鋰離子電池也面臨諸多現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，安全事故時(shí)有發(fā)生，續(xù)航能力有限，能量密度提升已接近上限，鋰離子電池未來(lái)何去何從?面對(duì)固態(tài)電池、鈉離子電池、氫氧燃料電池等電池新勢(shì)力，誰(shuí)才是未來(lái)的終極電池?
早在2001年，汽車動(dòng)力鋰電池還不被大家所看好。當(dāng)選中國(guó)工程院院士的陳立泉，向時(shí)任863計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)負(fù)責(zé)人萬(wàn)鋼請(qǐng)求：“希望能給鋰離子電池一個(gè)機(jī)會(huì)。”十年后，他成功地將鋰電池材料研究這個(gè)曾被邊緣化的冷門學(xué)科產(chǎn)業(yè)化，解決了鋰離子電池規(guī)?；a(chǎn)的科學(xué)、技術(shù)與工程問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池從“中國(guó)制造”到“中國(guó)智造”的大轉(zhuǎn)變，助推我國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)從并跑到領(lǐng)跑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)日韓等鋰電傳統(tǒng)強(qiáng)國(guó)的超越。2007年陳立泉榮獲國(guó)際電池材料協(xié)會(huì)終身成就獎(jiǎng)，他開(kāi)展的全固態(tài)鋰電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、室溫鈉離子電池等研究，為開(kāi)發(fā)下一代動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池奠定了基礎(chǔ)。
2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的獲得者分別是Whittingham(斯坦利·惠廷厄姆)Goodenough(約翰·古迪納夫)以及日本的科學(xué)家Akira Yoshino(吉野彰)，這三個(gè)人的貢獻(xiàn)是不一樣的。
斯坦利·惠廷厄姆教授，實(shí)際上他剛開(kāi)始是研究超導(dǎo)材料。關(guān)于超導(dǎo)材料他沒(méi)有做什么工作，但是他發(fā)現(xiàn)硫化鈦這個(gè)材料可以制成鋰跟硫化鈦電池，就是鋰作負(fù)極。這種電池的安全性比較差，后來(lái)因?yàn)槌隽税踩鹿拾岩晃蝗毡拘〗愕哪槦?，后?lái)這個(gè)公司就停了。
之后約翰·古迪納夫就合成了一種化合物叫鈷酸鋰，鈷酸鋰是一個(gè)層狀化合物，可以做鋰離子電池的鋰源，它結(jié)構(gòu)還是穩(wěn)定的，這是古迪納夫的貢獻(xiàn)。吉野彰看了古迪納夫1978年的文章以后，就想辦法用它去做一種電池。它的負(fù)極不用金屬鋰，而是用碳纖維來(lái)做負(fù)極，做成這種電池，這種電池后來(lái)就叫鋰離子電池。
實(shí)際上鋰離子電池已經(jīng)改變了世界，改變最大的就是給我們?nèi)粘Ｉ顜?lái)了很多的方便的地方。諾貝爾獎(jiǎng)在聲明里頭就說(shuō)從智能手機(jī)、筆記本電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品到電動(dòng)車和風(fēng)能、太陽(yáng)能等大型的儲(chǔ)能裝置，如今鋰離子電池已成為我們生活中不可或缺的能量源。我跟鋰電池打交道大概有四十幾年的時(shí)間，今天我想以鋰電池與“電動(dòng)中國(guó)”跟大家一起來(lái)交流。
我國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)是如何做到世界第一的?
從2018年全球電動(dòng)汽車電池企業(yè)市場(chǎng)份額的排名情況來(lái)看，前10名中排名第一的是寧德時(shí)代，就是CATL，第2名是日本的松下公司，第3名是比亞迪，一共10名。2018年，中國(guó)有6個(gè)鋰電池企業(yè)位居動(dòng)力電池世界市場(chǎng)占有率前十。寧德時(shí)代是百分之37.23%，穩(wěn)居第一，日本松下公司只有21.54%，排名第二，但是差十幾個(gè)百分點(diǎn)。
中國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量為什么能夠世界第一?這要從開(kāi)始來(lái)講起。
中國(guó)鋰電池研究并不晚，幾乎和世界同步。1976年的圣誕節(jié)之前，科學(xué)院派遣我到西德。那個(gè)時(shí)候德國(guó)還沒(méi)有統(tǒng)一，東德、西德是分開(kāi)的。我到西德斯圖加特馬普固體所進(jìn)修，當(dāng)時(shí)我很快發(fā)現(xiàn)他們?nèi)舷露荚谘芯康嚲w的性能，我感到很奇怪，為什么大家對(duì)氮化鋰這么感興趣?當(dāng)時(shí)才知道氮化鋰是一個(gè)離子導(dǎo)電的材料，據(jù)說(shuō)是一種叫超離子的導(dǎo)體，可以用來(lái)作汽車的電池。我聽(tīng)到這句話之后馬上在腦子里想了一下，我是不是要改方向。
他們的研究所有個(gè)開(kāi)門辦所，有一天對(duì)社會(huì)開(kāi)放，他們就把這個(gè)氮化鋰，這一個(gè)類似于扣子似的小電池?cái)[在桌子上，旁邊放了一個(gè)鉛酸電池。我一看，一個(gè)鉛酸電池很沉，一個(gè)扣式電池很輕。我就想這個(gè)東西的確是很有用的，所以我馬上就給國(guó)內(nèi)所里打報(bào)告，我說(shuō)我要改行，從晶體生長(zhǎng)改到新的學(xué)科，叫固體離子學(xué)。大概一個(gè)月以后，所里給我回信，允許我改行?；貒?guó)以后，科學(xué)院非常支持把這個(gè)項(xiàng)目給物理所，說(shuō)應(yīng)該給這個(gè)年輕人建個(gè)研究室，所以很快就成立了一個(gè)固體離子學(xué)實(shí)驗(yàn)室。這是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)第一個(gè)固體離子學(xué)實(shí)驗(yàn)室，也是物理所最小的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室。我從事的工作就是鋰離子導(dǎo)體和鋰電池研究。
1991年索尼公司宣布產(chǎn)業(yè)化以后，物理所迅速跟進(jìn)了。當(dāng)時(shí)我們就在思考怎樣能夠邁出產(chǎn)業(yè)化的第一步。我們做研究的單位是把錢變成知識(shí)，如果投資的單位是把技術(shù)變成錢。怎么想辦法能把知識(shí)變成技術(shù)，就是怎么能夠銜接上，我們提出了一個(gè)思路，就說(shuō)能不能想辦法讓研究單位往前走幾步，讓投資單位往前走幾步，我們?cè)?ldquo;橋”中間會(huì)合。所以就找了一個(gè)投資方，1993年簽訂了一個(gè)A型鋰離子電池的研究開(kāi)發(fā)協(xié)議，投資方給的經(jīng)費(fèi)是10萬(wàn)元錢，同時(shí)更重要的是派了三個(gè)人來(lái)。這三個(gè)人當(dāng)時(shí)對(duì)我們有很大支持，因?yàn)楫?dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室我就一個(gè)碩士生，人手很缺乏。
很快1995年第1塊鋰電池就從中科院物理所誕生了。當(dāng)時(shí)的這個(gè)手機(jī)叫“大哥大”，可能年紀(jì)稍稍大一點(diǎn)知道，“大哥大”就是像一個(gè)磚頭一樣的一個(gè)手機(jī)，當(dāng)時(shí)拿個(gè)“大哥大”是一種身份的象征。A型鋰離子電池就是“大哥大”的電池。中科院鑒定以后認(rèn)為，當(dāng)時(shí)這個(gè)水平達(dá)到世界先進(jìn)水平，可以再進(jìn)一步往下走，這就是當(dāng)時(shí)我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室怎么樣從知識(shí)變成了技術(shù)，走出了這一步。
現(xiàn)在有一種觀點(diǎn)說(shuō)鋰電池是日本人發(fā)明的，中國(guó)在鋰電池方面技術(shù)不行，只是在應(yīng)用水平上比較領(lǐng)先。鋰離子電池的發(fā)明肯定不是日本人，要不諾貝爾獎(jiǎng)怎么是給兩個(gè)美國(guó)人和一個(gè)日本人。所以說(shuō)鋰離子電池是日本人發(fā)明的這個(gè)話不完全對(duì)，可以說(shuō)鋰離子電池是日本人先產(chǎn)業(yè)化的，這句話是對(duì)的。
我們可以從這張圖看得出來(lái)，日本人最早1991年宣布產(chǎn)業(yè)化，市場(chǎng)占有率是100%，然后一直往下掉，現(xiàn)在還在往下掉。連索尼公司都不做鋰離子電池了，它的鋰離子電池賣給了另外一個(gè)公司。韓國(guó)人跟中國(guó)人是往上走的，到2014年我們中國(guó)的動(dòng)力電池、鋰電市場(chǎng)份額已經(jīng)超過(guò)了日本跟韓國(guó)，處于世界的第一位，現(xiàn)在還在往上升。
我們鋰電池技術(shù)從目前發(fā)展的情況來(lái)看是不錯(cuò)的。實(shí)際上是學(xué)術(shù)界、工程界和產(chǎn)業(yè)界的一個(gè)合作，是研究院所和大學(xué)的通力合作，高度重視原始創(chuàng)新、基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究緊密結(jié)合，加快研究成果的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
Goodenough(約翰·古迪納夫)發(fā)現(xiàn)了普遍使用的正極材料鈷酸鋰還有磷酸鐵鋰，但這兩種材料都有缺點(diǎn)。鈷酸鋰實(shí)際上只能取出0.5摩爾的鋰，而磷酸鐵鋰實(shí)際上是個(gè)絕緣體，都有缺點(diǎn)。我們想辦法找出它的缺點(diǎn)，然后通過(guò)理論計(jì)算和試驗(yàn)相結(jié)合進(jìn)行了改性并且取得了專利權(quán)，這個(gè)專利權(quán)對(duì)于我們鋰離子電池的發(fā)展起了非常重要的作用。
前幾年比利時(shí)的五礦公司要到中國(guó)來(lái)收鋰離子正極材料知識(shí)產(chǎn)權(quán)費(fèi)，據(jù)說(shuō)是一噸要收5萬(wàn)。做鈷酸鋰三元材料大概一噸的利潤(rùn)可能也不到5萬(wàn)，他們就到海淀知識(shí)法庭把我們告了，后來(lái)中國(guó)的做正極材料的企業(yè)聯(lián)合物理所和他們庭外和解，因?yàn)槲覀冇羞@個(gè)專利，所以他們?cè)僖矝](méi)有提要收專利費(fèi)的問(wèn)題?？吹贸鰜?lái)，不是我們的原創(chuàng)材料，但是我們做了工作，我們也申請(qǐng)了我們的專利，對(duì)于保護(hù)我們自己的企業(yè)是很有好處的。
第二個(gè)例子就是磷酸鐵鋰。它是個(gè)絕緣體，我們通過(guò)理論計(jì)算，它是個(gè)一維的離子導(dǎo)體，如果說(shuō)你在鋰位摻上鉻這種大的離子的話，就把這個(gè)鋰的通道堵塞了，這樣是不行的，沒(méi)法用。后來(lái)就有人又提出來(lái)一個(gè)在鐵位摻鈉。鐵位摻鈉的時(shí)候，顏色變黑了，電導(dǎo)率也提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，它的離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率都挺好。所以法國(guó)和德國(guó)科學(xué)家認(rèn)可這個(gè)工作，這是唯一的一條可行的路，打破了國(guó)外的原始專利對(duì)磷酸鐵鋰材料的壟斷。這樣才有我們現(xiàn)在各鋰電池企業(yè)在相當(dāng)大量地使用磷酸鐵鋰材料，不受國(guó)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)的影響。
從這兩個(gè)例子可以看得出來(lái)，雖然我們沒(méi)有做原始創(chuàng)新，但是我們給它改性、再創(chuàng)新了，也是非常重要的。
剛才講的是兩個(gè)正極材料，那么現(xiàn)在我講負(fù)極材料，這是我們的原始創(chuàng)新了。清華大學(xué)很早就申請(qǐng)了天然石墨做鋰離子電池負(fù)極的專利。兩年前，它申請(qǐng)了國(guó)家的發(fā)明獎(jiǎng)，這個(gè)發(fā)明獎(jiǎng)就等于是承認(rèn)了我們用天然石墨做鋰離子電池的負(fù)極是我們的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。光有石墨還不行，石墨的容量是比較低的，372毫安時(shí)每克。硅的容量實(shí)際上是相當(dāng)高的，那么硅能不能夠作為鋰離子電池的負(fù)極呢?1999年我就做了這個(gè)工作，申請(qǐng)了第一個(gè)專利。所以國(guó)際上第一個(gè)硅作負(fù)極的專利是我們申請(qǐng)的，這個(gè)是美國(guó)人也承認(rèn)的。但是你要把它用上，還是相當(dāng)困難的。從幾百毫克到幾百公斤，用了17年的時(shí)間，這17年我們走的路從文章變成技術(shù)，然后變成產(chǎn)品，變成市場(chǎng)。
我們現(xiàn)在的原材料基本上是已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化，進(jìn)口的量已經(jīng)相當(dāng)少，同時(shí)我們的設(shè)備絕大部分也都是國(guó)產(chǎn)化的設(shè)備，更不用說(shuō)員工的技術(shù)，現(xiàn)在基本上都是我們自己培養(yǎng)的技術(shù)。
從手機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品到電動(dòng)汽車、輪船，鋰離子電池已經(jīng)在我們生活當(dāng)中扮演著越來(lái)越重要的角色。但近些年，鋰電池安全問(wèn)題引發(fā)的事故同樣令人印象深刻。三星手機(jī)電池起火爆炸，電動(dòng)汽車碰撞起火甚至自燃，波音787客機(jī)發(fā)生鋰離子電池起火事故，生產(chǎn)生活受到新的威脅。除了安全問(wèn)題，鋰電池的續(xù)航能力、電池循環(huán)使用壽命有限等問(wèn)題，也常常被人們所詬病。能否避免鋰電池成為人們身邊的“炸彈”?如何破解鋰離子電池引發(fā)的各種“焦慮”?
如何破解鋰離子電池引發(fā)的“焦慮”?
現(xiàn)在有兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是安全問(wèn)題，一個(gè)是里程問(wèn)題，安全問(wèn)題和里程問(wèn)題都跟鋰離子電池有關(guān)系。
鋰離子電動(dòng)車的安全事故時(shí)有發(fā)生，雖然它的安全事故并沒(méi)有燃油車的事故多，但是它是個(gè)新生事物，一旦有一個(gè)鋰離子電池車燃燒了或者是爆炸了，網(wǎng)上馬上就傳開(kāi)了，而且傳得很快。這樣鋰離子電池電動(dòng)車可能就會(huì)受一些影響，產(chǎn)銷都會(huì)受一些影響。里程問(wèn)題是指鋰離子電池現(xiàn)在的能量密度還不夠高，充一次電大概行駛里程也就是100多公里、200多公里。
我覺(jué)得電動(dòng)汽車應(yīng)該把車跟電分開(kāi)，就是買車和買電池要分開(kāi)。最好是買一輛電動(dòng)車，我每天上班，如果是從天安門到清華或者到五環(huán)路就可以，可能也就是30公里，那是不是買一輛車能開(kāi)30公里就行了?不一定非得要開(kāi)100多公里、200公里，也就是說(shuō)裝10度電就夠了。那么車子的錢加上這10度電的電池的錢肯定不會(huì)超過(guò)10萬(wàn)元錢，大概五、六萬(wàn)我就可以買一輛車。但是我要開(kāi)長(zhǎng)途車怎么辦?能不能我開(kāi)長(zhǎng)途車的時(shí)候再去租電池?也就是說(shuō)要專門成立一個(gè)電池的公司。
實(shí)際上我是不主張快充的，因?yàn)楝F(xiàn)在鋰離子電池的機(jī)理決定了它是插入式反應(yīng)，就是說(shuō)你要允許離子能夠有時(shí)間把它插進(jìn)去。而且現(xiàn)在我們所用的正極材料也好，負(fù)極材料也好。負(fù)極材料用石墨，石墨是個(gè)層狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)只有離子要對(duì)著那個(gè)層才能插進(jìn)去。如果說(shuō)正好那個(gè)石墨跟它離子是垂直的，它進(jìn)不去，它就要轉(zhuǎn)一個(gè)90度才能進(jìn)去。所以你要給它一個(gè)轉(zhuǎn)90度的時(shí)間，如果說(shuō)你不給它一個(gè)時(shí)間，直接快充的話，它轉(zhuǎn)不過(guò)去就會(huì)在石墨片上沉積下來(lái)，這樣對(duì)電池壽命是不利的。同樣，放電的時(shí)候，如果特別快地放電，倍率太大了也不行，它也是層狀結(jié)構(gòu)的。一個(gè)正級(jí)材料它回去也是一樣，它是要找準(zhǔn)那個(gè)狹縫它才能進(jìn)去，如果它找不準(zhǔn)的話也進(jìn)不去，也要等著有機(jī)會(huì)它才能往里走。所以說(shuō)我不主張快充，我是最希望換電池的。適當(dāng)?shù)谋堵食涫强梢裕翘乜炝瞬恍?，換電模式是好，但是做起來(lái)相當(dāng)困難，標(biāo)準(zhǔn)不好統(tǒng)一。這個(gè)一定要國(guó)家統(tǒng)一來(lái)考慮，如果說(shuō)國(guó)家不出臺(tái)政策統(tǒng)一考慮的話，那是很難做的。
現(xiàn)在蔚來(lái)公司有一種換電的模式，它從北京開(kāi)到深圳，每開(kāi)一步它是有地方換電，幾分鐘就可以換完，充電最快是大概一刻鐘，就是喝一杯咖啡的時(shí)間。一刻鐘已經(jīng)是夠快的了，換電的話它幾分鐘就可以換完。因?yàn)槲易钤鐓⒂^換電是在清華，清華里頭有一個(gè)換電的裝置，車開(kāi)上去之后就把車給頂起來(lái)，換電的裝置都在地底下，很快就把它換掉了。但是這個(gè)車一定要標(biāo)準(zhǔn)化，電池一定要標(biāo)準(zhǔn)化。所以這就要求國(guó)家要統(tǒng)一出臺(tái)政策，就是換電的政策。
我大概一個(gè)月以前，在北京打了一個(gè)出租車，從圓明園到中關(guān)村，我坐的正好是電動(dòng)汽車。我就問(wèn)他，這個(gè)車跑一天充幾次電，他說(shuō)我不充電我是換電。我說(shuō)北京有換電嗎?他說(shuō)有，北京出租車全部是換電。就是說(shuō)現(xiàn)在換電他不用管，你開(kāi)到那兒去，就有人幫你把電換了，他們還是喜歡開(kāi)電動(dòng)出租車。所以將來(lái)我們解決退補(bǔ)以后，我覺(jué)得一個(gè)不讓銷路往下滑的很重要的事，就是我們是不是可以再回過(guò)來(lái)重新考慮換電的模式。
從2009年開(kāi)始，我國(guó)汽車產(chǎn)銷量連續(xù)11年位居全球第一。隨之而來(lái)的則是石油消耗量劇增、空氣質(zhì)量惡化等一系列棘手問(wèn)題。前所未有的能源危機(jī)，讓新能源的開(kāi)發(fā)利用迫在眉睫。對(duì)汽車來(lái)說(shuō)，不管什么樣的新能源，最終都是轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動(dòng)車輛，而電池作為儲(chǔ)存電能的動(dòng)力核心，其性能在新能源汽車的研發(fā)中扮演著極為關(guān)鍵的角色。鋰離子電池能否根治“汽車病”?它能不能幫助我們構(gòu)建起能源互聯(lián)網(wǎng)，破解能源危機(jī)?
“電動(dòng)中國(guó)”能否破解能源危機(jī)?
我們發(fā)展電動(dòng)車不是為發(fā)展電動(dòng)車而發(fā)展電動(dòng)車，實(shí)際上是跟我們國(guó)家的能源情況密切相關(guān)的。2004年，我們工程院做的一個(gè)咨詢項(xiàng)目，就是2050年中國(guó)的油氣資源的情況怎么樣。這個(gè)執(zhí)行項(xiàng)目的結(jié)果大概是這樣：到2050年，我國(guó)自產(chǎn)石油大概每年1.8億噸是沒(méi)問(wèn)題的，就是說(shuō)從現(xiàn)在開(kāi)始到2050年還可以在1.8億噸每年的這個(gè)水平。
實(shí)際上這條紅線就是1.8億噸，去年大概是1.9億噸，石油的對(duì)外依存度最好不要超過(guò)50%。2017年進(jìn)口石油是4.2億噸，國(guó)產(chǎn)石油1.92億噸，對(duì)外依存度到了68.6%，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)50%了。那么我們的汽車的保有量是2.17億輛，每千人是167輛，世界平均每千人是131輛，我們現(xiàn)在比世界平均水平稍稍高一點(diǎn)，但跟美國(guó)的每千人800輛那還差得遠(yuǎn)。汽車的油耗，如果說(shuō)按照一輛車一年平均兩噸油來(lái)算的話是4.3億噸油，也就是說(shuō)，我們進(jìn)口4.2億噸給汽車用掉了。
最近發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)大油田隱藏量是10億噸，這都是作為特大喜訊報(bào)的。我問(wèn)了他們回采率是多少，他說(shuō)回采率可能低于50%，大概40%。兩個(gè)油田的話，也就是說(shuō)兩年不用進(jìn)口，但是第三年還要進(jìn)口，而且不可能老有像這種10億噸的油田被發(fā)現(xiàn)。所以從這個(gè)可以看得出來(lái)，我們的儲(chǔ)油現(xiàn)在只夠40天用，而日本的儲(chǔ)油是200天。我們國(guó)家儲(chǔ)油希望能夠是100天，這樣的話，實(shí)際上我們最近幾年這個(gè)儲(chǔ)油量已經(jīng)是大大增加了。
能源安全是一個(gè)很重要的事情，當(dāng)時(shí)我們分了幾個(gè)組，一個(gè)是電取代組、煤取代組、生物質(zhì)能取代組和總體組。我是電取代組的，就是發(fā)展電動(dòng)車取代進(jìn)口油，這是我們電取代組的一個(gè)結(jié)論。另外要考慮全球二氧化碳的排放，因?yàn)槲覀兪菂⒓恿恕栋屠铓夂騾f(xié)定》的，中國(guó)2010年二氧化碳排放量開(kāi)始急劇往上升，最近幾年稍稍往下掉一點(diǎn)，然后又往上升了一點(diǎn)。中國(guó)的二氧化碳的排放量是世界第一，所以實(shí)際上我們受到的壓力是相當(dāng)大的。
《巴黎氣候協(xié)定》規(guī)定溫度的升高不能高過(guò)兩度，這也是大家的希望。因?yàn)楝F(xiàn)在像我們國(guó)家的西部那些雪山好像也都開(kāi)始融化，你看美國(guó)排放量比我們低，本來(lái)它是第1位，那么現(xiàn)在我們中國(guó)第1位。因?yàn)橛《痊F(xiàn)在發(fā)展很快，它如果不控制的話肯定要遠(yuǎn)超過(guò)中國(guó)。我們希望交通能夠電動(dòng)化，小城市是自行車、汽車、公交車，大城市多一個(gè)地鐵，城市間現(xiàn)在有高鐵，現(xiàn)在還有飛機(jī)、船舶。我們希望包括高鐵、飛機(jī)、船舶都能夠電動(dòng)化，就是電動(dòng)汽車、電動(dòng)飛機(jī)、電動(dòng)船舶，這就要靠鋰電池。
最近沈陽(yáng)有一個(gè)企業(yè)做了一架電動(dòng)飛機(jī)，是兩個(gè)座的。但實(shí)際上你們從網(wǎng)上看的話，2010年上海一個(gè)民營(yíng)企業(yè)已經(jīng)做了一個(gè)電動(dòng)飛機(jī)，也是兩個(gè)人的，已經(jīng)試飛成功。實(shí)際上現(xiàn)在電動(dòng)飛機(jī)做得好的是以色列人，現(xiàn)在做九個(gè)座位的。所以現(xiàn)在我們除了電動(dòng)汽車，還要發(fā)展電動(dòng)船舶和電動(dòng)飛機(jī)。
實(shí)際上現(xiàn)在中國(guó)已經(jīng)有電動(dòng)船舶了，是在廣州的一個(gè)2000噸的電動(dòng)船，它用的電池的量大概是八十幾輛電動(dòng)車的電池量，是在珠江運(yùn)煤做運(yùn)輸?shù)倪@個(gè)船。在上海也有500噸的這種船，不止一艘，有好幾艘了。另外在溧陽(yáng)現(xiàn)在已經(jīng)注冊(cè)了一個(gè)電動(dòng)船舶的公司，那是哈理工的李革臣教授注冊(cè)的一個(gè)公司。有人說(shuō)電動(dòng)汽車并不減少二氧化碳的排放，實(shí)際上這個(gè)電就從電網(wǎng)的電，從發(fā)電廠到用戶，它是分高峰電和低谷電。峰電和谷電它的價(jià)格不一樣，要鼓勵(lì)用低谷電。
另外，我們發(fā)展太陽(yáng)能跟風(fēng)能、水能、核能，這幾種能源對(duì)二氧化碳的排放當(dāng)然是相當(dāng)少，但是這些能源實(shí)際上它都要儲(chǔ)能的。原來(lái)我對(duì)太陽(yáng)能沒(méi)有什么印象，我參觀過(guò)北京附近的張北我才知道，太陽(yáng)能實(shí)際上更需要儲(chǔ)能。就說(shuō)一朵烏云來(lái)了以后，把太陽(yáng)一遮，它的發(fā)電突然一下就小了，幾乎就為零了。當(dāng)這朵烏云一走，馬上這個(gè)電流就上來(lái)了，所以它比風(fēng)電更需要儲(chǔ)能。風(fēng)電，不管風(fēng)來(lái)風(fēng)走，我這個(gè)風(fēng)葉還在那兒轉(zhuǎn)。風(fēng)來(lái)的時(shí)候轉(zhuǎn)得快一點(diǎn)，風(fēng)走了以后轉(zhuǎn)得慢一點(diǎn)，所以它不像太陽(yáng)能那么厲害。風(fēng)電、太陽(yáng)能都需要儲(chǔ)能，所以現(xiàn)在有的地方棄風(fēng)棄光，還有水力發(fā)電的棄水，我們棄風(fēng)、棄光、棄水大概電量是1100億度電每年，可以夠600萬(wàn)輛電動(dòng)汽車用一年。實(shí)際上你只要能夠把儲(chǔ)能搞好了，你不要增加新的發(fā)電廠，不要多燒煤，你就把這個(gè)谷電用起來(lái)就可以了。
實(shí)際上就是我們要建一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)，這個(gè)實(shí)際上已經(jīng)提了好幾年了。從我們目前的能源發(fā)展情況來(lái)看，現(xiàn)在就是肯定要發(fā)展一些風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能，綠色化發(fā)展，核能不能說(shuō)它完全是綠色，但它是個(gè)新能源，所以這些肯定是要發(fā)展。那么，要發(fā)展的話就肯定要把所有這些能源應(yīng)該有一個(gè)網(wǎng)把它“網(wǎng)”起來(lái)，所以就是說(shuō)能源互聯(lián)網(wǎng)。
最好我買了一輛電動(dòng)車，我走到哪兒我都能充電，就跟現(xiàn)在自行車一樣，我走到哪兒只要刷一下碼，有自行車在那兒，我就可以騎一輛車走。將來(lái)也能夠做到這么方便，我的汽車沒(méi)有電了，我走到哪兒我有一個(gè)充電樁，一刷碼我就可以充，或者說(shuō)換電，這就當(dāng)然是更不用說(shuō)了?，F(xiàn)在說(shuō)互聯(lián)網(wǎng)的概念還有云存儲(chǔ)的概念，實(shí)際上將來(lái)都可以把這些概念用在能源上。因?yàn)楝F(xiàn)在能源的話還是條塊分割比較厲害，就是國(guó)家電網(wǎng)它也是國(guó)家電網(wǎng)有一套，然后各個(gè)地方有地方一套。比方說(shuō)現(xiàn)在是棄風(fēng)棄光，那么它可能是為了減少棄風(fēng)、棄光要各個(gè)省市分?jǐn)側(cè)蝿?wù)，這當(dāng)然是國(guó)家的一種辦法，但是如果能源互聯(lián)網(wǎng)真正實(shí)現(xiàn)的話，我就可以把新疆的風(fēng)能、太陽(yáng)能存儲(chǔ)起來(lái)，上網(wǎng)就可以了，別的地方有需要就可以用了，這樣就比較方便。我們現(xiàn)在有的地方電能很便宜，有的地方電能就很貴，如果能夠把新疆的電弄到需要的地方不是挺好嗎?我想能源互聯(lián)網(wǎng)就要起這個(gè)作用。
現(xiàn)在清華大學(xué)新成立了一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，就是想把互聯(lián)網(wǎng)的概念用在能源上，能夠把我們國(guó)家的能源將來(lái)就是把綠色能源增加，把化石能源減少，我想這是能源互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)作用。
誰(shuí)才是未來(lái)的終極電池?
現(xiàn)在的鋰離子電池是液體電解質(zhì)，那么能量密度已經(jīng)基本上到了極限，大概300瓦時(shí)每公斤或者350瓦時(shí)每公斤，已經(jīng)到了極限。那么安全性問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，由于它一個(gè)能量密度有限，一個(gè)安全事故會(huì)發(fā)生，所以這樣我們要考慮固態(tài)電池。
固態(tài)電池它是什么呢?現(xiàn)在我們用的是鋰離子電池，更全面一點(diǎn)包括像鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛酸電池這些都是液態(tài)電解質(zhì)的電池。固態(tài)電池可以做得跟鋰離子電池一樣，只不過(guò)把電解液換成是固態(tài)。它是固態(tài)，就是里頭不含液態(tài)或者液態(tài)含的很少。固態(tài)電池實(shí)際上不是一個(gè)新的東西，“六五”計(jì)劃、“七五”計(jì)劃我們就將固態(tài)電池列入重點(diǎn)課題，那么科技部也是第一個(gè)把固態(tài)電池這個(gè)課題列為重大項(xiàng)目。
固態(tài)電池的關(guān)鍵就是要研究固體電解質(zhì)材料，固態(tài)電池它的負(fù)極是用金屬鋰。中間這個(gè)電解質(zhì)是固體，固體電解質(zhì)不是液體，那么正極可以用不含鋰的正極材料，也可以用現(xiàn)有的這種正極材料。如果說(shuō)能夠找出來(lái)不含鋰的正極材料，或者說(shuō)容量更高的，我們就可以做出能量密度更高的固態(tài)電池，那么它的能量密度就可以大于每公斤500瓦時(shí)，那么它安全事故可以大大減小。
實(shí)際上固態(tài)電池不是說(shuō)沒(méi)有短路的那一天，如果固態(tài)電池有短路那一天它會(huì)不會(huì)燃燒?金屬鋰在空氣里頭可能起某種反應(yīng)，但是它的量比較小，它不會(huì)爆炸，所以安全性應(yīng)該說(shuō)是比現(xiàn)在的鋰離子電池應(yīng)該要安全。
固態(tài)電解質(zhì)基本上我們中國(guó)人沒(méi)有原始創(chuàng)新，比較少。既然要發(fā)展固態(tài)電池，一定要有我們的創(chuàng)新。常見(jiàn)的聚合物的材料就這么幾種，PEO (聚環(huán)氧乙烷)、PP0(聚環(huán)氧丙烷)、PAN(聚丙烯腈)，它們的室溫離子電導(dǎo)率都比較低。最近青島能源所崔光磊做了一些新的工作，他可以室溫下做到10的負(fù)4次方西門子每厘米，他的電池也用上了，所以應(yīng)該說(shuō)有新的進(jìn)展。米歇爾·阿芒德聽(tīng)到崔光磊的報(bào)告以后，第二天就給我發(fā)個(gè)Email，說(shuō)看來(lái)中國(guó)人再一次走到了世界的前列。
最近新引進(jìn)的一位王雪峰博士，物理所把他引回來(lái)了，他把鋰離子電池和鋰氧電池混起來(lái)，他是用什么?用硫化鉬作正極，二硫化鉬它可以插鋰進(jìn)去，也可以插氧進(jìn)去，形成一個(gè)新的化合物?；炱饋?lái)以后，它容量是相當(dāng)高的。這個(gè)工作我們?cè)谖锢硭采暾?qǐng)了專利，所以這是新的一些思路，將來(lái)會(huì)對(duì)固態(tài)電池起作用。
所以我希望通過(guò)固態(tài)電池的發(fā)展來(lái)使我們國(guó)家能從跟跑、并跑一直到領(lǐng)跑。一直保持世界市場(chǎng)占有率第一位的位置。要保持這個(gè)第一位地位的位置，我想對(duì)目前的鋰離子電池的工作我們不能放松，就是有很多創(chuàng)新的工作、創(chuàng)新的成果我們要往產(chǎn)業(yè)化走。
日本人Kanno(菅野)我很佩服他，他一直堅(jiān)持固體電解質(zhì)一直沒(méi)放，我覺(jué)得日本的這一點(diǎn)我們是值得學(xué)習(xí)的。我們的固態(tài)電池研究工作從鋰離子電池開(kāi)始就基本上都放掉了、停掉了，但是現(xiàn)在，只是現(xiàn)在我們又回過(guò)頭來(lái)重新去做。我覺(jué)得重新去做也不晚，我們還可以，實(shí)際上還可以趕得上，從目前的趨勢(shì)來(lái)看我們還是有優(yōu)勢(shì)。所以鋰電池的工作，無(wú)論是鋰電池也好、固態(tài)電池也好、還是液體電解質(zhì)電池都是應(yīng)該是有很多工作要鼓勵(lì)創(chuàng)新的。
除了這個(gè)以外，其他電池一定要做，比方說(shuō)鈉離子電池，你別看現(xiàn)在大家做鋰離子電池都是信心滿滿，但是全世界開(kāi)的車都用鋰離子電池的話，實(shí)際上鋰是不夠的。昨天米歇爾·阿芒德也給了一個(gè)數(shù)據(jù)，就是說(shuō)全世界10%的電動(dòng)汽車都用電池來(lái)開(kāi)的話，它大概需要多少電池 ?60多億噸還是多少，量是相當(dāng)大的。這樣的情況下，一定要發(fā)展像鈉離子電池這一類資源比較豐富的電池。另外鋁離子電池、鎂離子電池或者是鋅離子電池這些實(shí)際上也應(yīng)該做的，特別是有些工作是我們有優(yōu)勢(shì)，是我們?cè)谙鹊摹?/p>
鈉離子電池是我們有優(yōu)勢(shì)，第一輛低速電動(dòng)車是我們演示的，第一個(gè)100千瓦的電站是我們演示的，然后就像鋅離子電池的專利，人家也承認(rèn)是中國(guó)的首先的專利。現(xiàn)在我們正在做鋰的或者鎂的固態(tài)電池，我覺(jué)得這些東西的話大家都是從頭做起，我覺(jué)得是我們只要抓住時(shí)機(jī)能夠不放棄，應(yīng)該說(shuō)是有機(jī)會(huì)走到世界前頭的。
氫氧燃料電池不是電池，它實(shí)際上是個(gè)發(fā)電裝置。就是說(shuō)你有了氫了，我通過(guò)它加上氧我可以發(fā)電、產(chǎn)生電，它是個(gè)發(fā)電裝置，不是電池。但是氫氧燃料電池我們一定要研究。氫它沒(méi)有礦，它不像鋰，鋰有鋰礦。中國(guó)的這個(gè)鋰的資源雖然是沒(méi)有南美洲那么多，但是我們還算是鋰資源比較豐富的國(guó)家，但是氫你沒(méi)有。你將來(lái)氫從哪兒來(lái)?有人說(shuō)你電解水制氫呢?那當(dāng)然是可以電解水制氫，大家都可以電解水制氫，但是電解水制氫要什么?要電。你有了電，以電解水制氫，然后氫你再把它裝瓶也好，把它液化，最后你再把氫又用氫氧燃料電池去發(fā)電。就是說(shuō)開(kāi)始是電，最后還是電，你都是用這電去開(kāi)車。
如果說(shuō)能夠解決太陽(yáng)能光解水制氫這個(gè)問(wèn)題，那么將來(lái)我們氫氧燃料電池的確是大有希望。氫氧燃料電池我們要研究，但是要大發(fā)展，就是說(shuō)它要去取代鋰離子電池的這個(gè)地位，不是近期的事情。
我們目前應(yīng)該考慮怎么樣把“電動(dòng)中國(guó)”從夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)，這是一個(gè)國(guó)家的急需。這些創(chuàng)新性很強(qiáng)的研究，不管你是再創(chuàng)新還是我們自己的獨(dú)創(chuàng)，都應(yīng)該讓中國(guó)鋰電池由跟跑到并跑，最終實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑，為實(shí)現(xiàn)“電動(dòng)中國(guó)”的這個(gè)夢(mèng)想奠定基礎(chǔ)。
評(píng)論