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新能源車要沖破電化學的“城墻口”

本報記者趙漢斌

“能源是制約我國未來發展最為重要的問題之一。我國2018年原油產量加上凈進口量達6.3億噸，對外依存度高達69.8%。燃油汽車是否能夠持續快速增長?不可能!”中國工程院院士、固體表面物理化學國家重點實驗室學術委員會主任、廈門大學教授孫世剛近日在昆明進行《云南科學大講堂》演講時如是說。

根據國家統計局和公安部的數據表明，我國汽車銷售量驚人，連續十年位居世界第一位。2018年，全國機動車保有量達3.27億輛，是不折不扣的化石能源消費“大戶”。同年，新能源汽車保有量261萬輛，居世界首位，但僅占機動車保有量的0.8%。

按照規劃，我國到2020年新能源車保有量500萬輛，2030年達到8千萬至1億輛。“我們的電動車發展速度和規模世界第一，但仍然落后于規劃。電動車的重要性越來越凸顯，為何發展還是相對較慢?電池性能是電動車發展的主要瓶頸!”孫世剛院士說，電動汽車與燃油車競爭的焦點在于速度、續航里程、可靠性以及價格，提高電池能量密度是減小電池自重量、提升巡航里程的關鍵。

目前，新能源汽車電池主要分為電化學能源儲存和電化學能源轉換兩大類，也就是人們常說的充電電池或二次電池，以及燃料電池。按目前的路徑看，鋰離子電池更適合替代汽油機，而氫燃料電池更適合替代柴油機。通常汽車加一次油行駛500公里左右，新能源汽車要達到這一指標，要求電池的能量密度高達500瓦時/千克，相應的電極容量為正極材料需大于250毫安時/克，負極材料需大于1000毫安時/克。

孫世剛院士說：“看似簡單，但這中間存在很多前所未有的技術問題，需要逐一去解決。”通常，電池的能量密度取決于正極和負極材料的能量容量，其功率密度取決于正極和負極材料的倍率性能，其使用壽命取決于正極和負極材料的循環性能，而快速發展的電動車、規模儲能、5G、AI等對二次電池提出了越來越高的要求，需要進一步突破從正負極材料的藩籬，組合形成不同能量和功率的鋰離子電池，從而滿足電池高能量密度、高功率密度、高安全性、長壽命、寬工作溫度和低成本的要求。目前，鋰-硫電池、鋰-空氣電池或將成為下一代鋰電池的首選，鈉電池也成為儲能電池的重要備選。

在燃料電池方面，也有諸多難題需要攻克，因為不止是電動汽車，各種地面發電站、偏遠地區能源、心臟起搏器等醫療動力、移動通訊辦公都仰仗燃料電池。目前，要提高車用燃料電池的性能，提升催化材料鉑族金屬的利用率是最大的挑戰。鉑族金屬資源稀少、價格高昂，進一步改善催化劑表面結構與性能是重要的路徑，目前，固體表面物理化學國家重點實驗室，以及云南貴金屬研究所等單位正加緊攻關。此外，開發非貴金屬催化劑也是大勢所趨。

孫世剛院士還認為，基礎設施建設也是目前新能源汽車發展中面臨的重要挑戰。到2018年底，我國累計建成公共充電樁約72.8萬臺，但這個建設速度，還遠遠跟不上新能源車增長的速度和需求。同時，按照中國汽車工程學會公布的《節能與新能源汽車路線圖》，到2020年，燃料電池加氫站將超過100座;到2025年，超過300座，但截至2018年9月，我國僅有23座運營，26座在建。建設速度慢，成本高昂是一大原因。目前建設一座每天加注200公斤氫氣的加氫站，不含土地成本，需要800萬元至1000萬元人民幣。

在接受科技日報記者專訪時，孫世剛院士還強調指出，目前我國亟須開發自主知識產權的電化學能源新材料、新體系、發展新機制、新理論。在現階段，我國已有重點布局，設立了許多重點研發項目，把資金投向最關鍵的領域，其中就包含了電池、電控系統等。這個過程中，人才也在不斷提升。另外，全球新能源發展形勢很快，作為市場競爭主體，企業要瞄準一個方向，堅持不懈攻關，不怕失敗，一個問題一個問題解決。

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新能源車要沖破電化學的“城墻口” 企業要堅持不懈攻克難關

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