院士診脈電動(dòng)車(chē)

陳秀娟

怎樣的電動(dòng)汽車(chē)節(jié)能減排？怎樣的動(dòng)力電池更安全？近幾年我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，市場(chǎng)保有量超過(guò)全球的50%，產(chǎn)品技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)體系水平、企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、基礎(chǔ)設(shè)施水平，市場(chǎng)推廣水平均取得重大進(jìn)步。值得一提的是，今年上半年，我國(guó)新能源狹義乘用車(chē)銷(xiāo)量57.6萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)65.8%。與此同時(shí)，近期被曝出的電動(dòng)車(chē)頻頻自燃事件又給行業(yè)敲響了警鐘。

在當(dāng)下的市場(chǎng)環(huán)境之下，究竟應(yīng)該發(fā)展怎樣的電動(dòng)汽車(chē)呢？怎樣的動(dòng)力電池值得研究與推廣的？作為電動(dòng)車(chē)的制造方，車(chē)企應(yīng)該從哪些方面改進(jìn)？

電動(dòng)車(chē)并非都節(jié)能減排

中國(guó)工程院院士楊裕生在2019南京創(chuàng)新周新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)地標(biāo)峰會(huì)上指出，節(jié)能減排要從電動(dòng)汽車(chē)全生命周期來(lái)衡量，而不能只看電動(dòng)汽車(chē)在行駛這一環(huán)節(jié)。其中，最主要的是要把能源的使用考慮進(jìn)去。

在楊裕生看來(lái)，長(zhǎng)里程純電動(dòng)車(chē)并不節(jié)能減排;插電式混合動(dòng)力車(chē)假節(jié)能減排;燃料電池電動(dòng)車(chē)難節(jié)能減排;增程式電動(dòng)車(chē)很節(jié)能減排。

為什么說(shuō)長(zhǎng)里程純電動(dòng)車(chē)不節(jié)能減排？楊裕生特別指出，現(xiàn)在電網(wǎng)電能主要來(lái)自燃煤，節(jié)油而耗電高的長(zhǎng)里程純電動(dòng)車(chē)是不節(jié)能的。比如特斯拉純電動(dòng)車(chē)不用油，但是在新加坡受到罰款，因其追求長(zhǎng)里程而多裝電池，這導(dǎo)致車(chē)重、耗電多，而發(fā)電的時(shí)候又會(huì)大量排放二氧化碳等有害物。

即使未來(lái)電網(wǎng)的電能主要來(lái)自太陽(yáng)能等清潔能源，長(zhǎng)里程純電動(dòng)車(chē)也未必可取。原因有六點(diǎn)：第一，比能量要高，則采取多裝電池，這導(dǎo)致燃燒爆炸的危險(xiǎn)性增大;第二，由于多裝電池，后期廢電池處置耗電就多;第三，多裝電池導(dǎo)致負(fù)重行車(chē)，浪費(fèi)能量;第四，電池裝得越多，車(chē)的價(jià)格就越高，競(jìng)爭(zhēng)力低;第五，電池壽命短于整車(chē)，換新電池需用戶另出錢(qián)，使用成本變高;第六，充電樁要密，費(fèi)錢(qián)又占地，且難符合要求?？傊L(zhǎng)里程純電動(dòng)車(chē)背離了發(fā)展電動(dòng)車(chē)的節(jié)能減排宗旨，且用戶需多花錢(qián)，補(bǔ)貼取消后競(jìng)爭(zhēng)力差。

為什么插電式混合動(dòng)力車(chē)假節(jié)能減排？楊裕生指出，插電式混合動(dòng)力車(chē)有純電動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)。所以，就會(huì)出現(xiàn)四方面問(wèn)題。第一，車(chē)子很重，耗能高;第二，50公里之內(nèi)用電需要充電，遠(yuǎn)距離則用內(nèi)燃機(jī)，現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)都是大馬拉小車(chē)，不節(jié)能減排;第三，標(biāo)榜油耗很低，實(shí)際上計(jì)算耗油的方法有假象。如純電動(dòng)行駛80公里，20公里用油，官方計(jì)算百公里油耗時(shí)就將20公里的用油量除以100公里行駛里程數(shù)，于是，官方就宣傳成插電式混合動(dòng)力車(chē)的百公里耗油很低，實(shí)際上這是假象;第四，不少用戶使用這種車(chē)型時(shí)并不充電，他們會(huì)把插電式混合電動(dòng)車(chē)當(dāng)燃油車(chē)使用，排放有增無(wú)減，甚至還有人把電池賣(mài)掉，這樣不僅可以得到新能源車(chē)補(bǔ)貼還可以得到賣(mài)掉電池的錢(qián)。

為什么燃料電池電動(dòng)車(chē)難節(jié)能減排？楊裕生解釋說(shuō)：“現(xiàn)在燃料電池用氫做能源，氫需要用一次能源來(lái)轉(zhuǎn)化，要解決很多問(wèn)題?！钡谝粋€(gè)問(wèn)題是要解決高能效低排放制氫技術(shù)。最常見(jiàn)的方法是用電來(lái)電解水制氫，再通過(guò)燃料電池發(fā)電。在此轉(zhuǎn)換過(guò)程中，轉(zhuǎn)換效率是電池蓄電的三分之一;第二個(gè)問(wèn)題是氫的安全運(yùn)輸、分布、儲(chǔ)存需要很大的投資，耗能也很多;第三個(gè)問(wèn)題是燃料電池的壽命不夠長(zhǎng)且它的價(jià)格高，制作耗能也多;第四個(gè)問(wèn)題是燃料電池用的質(zhì)子交換膜、氣泵等的生產(chǎn)技術(shù)差，國(guó)產(chǎn)化還沒(méi)有做好;第五個(gè)問(wèn)題是鉑金的資源太少，現(xiàn)在每年國(guó)產(chǎn)約4噸鉑金，進(jìn)口鉑金50噸左右，這些鉑金大部分用于化工行業(yè)做催化劑，也有一部分做首飾及其他用途。如果要大量做燃料電池，這些鉑金遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。而研究沒(méi)有鉑金的催化劑，是一個(gè)世界性難題。

為什么增程式電動(dòng)車(chē)很節(jié)能減排？楊裕生的理由是：第一，發(fā)動(dòng)機(jī)排量小;第二，發(fā)動(dòng)機(jī)選擇能效最高處;第三，電池少，可降低成本，補(bǔ)貼退坡取消影響小，易推銷(xiāo);第四，車(chē)重減輕更加節(jié)能。綜合其他優(yōu)點(diǎn)：電池組不會(huì)過(guò)充過(guò)放，壽命延長(zhǎng)，安全性高;增程行駛比燃油車(chē)節(jié)油50%以上，大為省錢(qián);可以不用充電，免建充電樁，且能行遠(yuǎn)距離;如有充電條件，城市百公里內(nèi)節(jié)油率大于80%;燃油車(chē)生產(chǎn)及加油設(shè)施健全，便于發(fā)展?？傊?，增程式電動(dòng)車(chē)沒(méi)有里程、安全、充電、價(jià)格、電池五大焦慮。

目前的第二代增程式電動(dòng)車(chē)是燃油車(chē)與電動(dòng)車(chē)的融合，改變了第一代增程式電動(dòng)車(chē)的單純延長(zhǎng)續(xù)航里程的局限性，比較節(jié)能減排。此技術(shù)已用于多種車(chē)輛。例如，華龍的12米電動(dòng)車(chē)，市區(qū)公交模型百公里油耗12升，公路模式百公里油耗16.3升。山東德州富路集團(tuán)生產(chǎn)的增程式低速車(chē)，用單缸0.2升排量的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電，配鉛酸電池，百公里油耗僅1.8升。

因此，在楊裕生看來(lái)，由發(fā)動(dòng)機(jī)和電池配合的電動(dòng)車(chē)，節(jié)能減排效果最佳。楊裕生特別指出，增程式電動(dòng)車(chē)不是向純電動(dòng)汽車(chē)過(guò)渡，而是未來(lái)的主力技術(shù)路線。

安全性是電動(dòng)車(chē)的根本

在市場(chǎng)主導(dǎo)下，怎樣的電動(dòng)車(chē)能夠賣(mài)得好？

楊裕生指出，對(duì)于電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，需要從七個(gè)方面來(lái)衡量它的性能：節(jié)能減排、安全性高、使用方便、價(jià)格低廉、能源費(fèi)少、維修方便、使用期長(zhǎng)。在這七個(gè)指標(biāo)里，最重要的是安全性?！爸挥邪踩愿叩钠?chē)，才會(huì)受到用戶的青睞，像特斯拉這樣的電動(dòng)車(chē)會(huì)讓人擔(dān)憂。特斯拉純電動(dòng)車(chē)在2017年以前燒了十幾輛，2018年燒了11輛，今年又有3輛車(chē)無(wú)故自燃?！?楊裕生強(qiáng)調(diào)說(shuō)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2017年電動(dòng)車(chē)自燃103輛，2018年自燃51輛。90%以上的自燃車(chē)輛是安裝了三元鋰離子電池的純電動(dòng)車(chē)。

高鎳三元鋰離子電池為何頻頻自燃？根源可能是多方面的，楊裕生認(rèn)為，造成那么劇烈的燃燒，主要的問(wèn)題是電池里面的三元正極材料。

美國(guó)桑地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提出，含鎳80%的鎳鈷鋁三元材料電池的熱失控的溫度是200攝氏度，鎳鈷錳各占三分之一的三元材料電池的熱失控溫度要高一些，大概在230攝氏度，而磷酸鐵鋰電池溫度升高后則沒(méi)有發(fā)生劇烈的熱失控。用三元正極的電池安全性最低，高鎳三元電池更危險(xiǎn)。特斯拉用的就是含鎳80%的鎳鈷鋁三元電池。

所以，補(bǔ)貼停止后，安全性將是電動(dòng)汽車(chē)買(mǎi)主最看重的因素之一。

動(dòng)力電池該怎么發(fā)展？

由于高鎳三元鋰離子電池頻頻自燃，顯然，這種動(dòng)力電池并不可取，那么，在當(dāng)下，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)究竟該怎么發(fā)展？

對(duì)于動(dòng)力電池的發(fā)展走向，楊裕生呼吁：要大力發(fā)展磷酸鐵鋰電池，類(lèi)似高鎳三元鋰電池這樣的高能電池不應(yīng)該作為重點(diǎn)。

楊裕生指出，首先，將磷酸鐵鋰電池作為主力，再提高性價(jià)比。磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢(shì)是安全性高、壽命長(zhǎng)、不用短缺金屬。我國(guó)已掌握微納結(jié)構(gòu)技術(shù)，碳包覆技術(shù)，彌補(bǔ)了電導(dǎo)率不高。目前，磷酸鐵鋰電池已成功用于微小型純電動(dòng)車(chē)和第二代增程式電動(dòng)車(chē)上?！澳喜袀€(gè)恒動(dòng)公司，單體電池已達(dá)到180Wh/公斤，電池包達(dá)到151Wh/公斤。我們要向先進(jìn)指標(biāo)來(lái)看齊，這個(gè)指標(biāo)還可以提高?！睏钤Ｉe例說(shuō)。

“我們目前提出的一種高安全型、可快充的電容型磷酸鐵鋰電池，現(xiàn)在在研發(fā)上已經(jīng)有進(jìn)展。這種電池的關(guān)鍵在材料，這種電池的比能量比鈦酸鋰電池要高一倍，成本只是它的三分之一到四分之一?！睏钤ＩJ(rèn)為，如果能進(jìn)一步提高電池一致性和壽命、降低成本，磷酸鐵鋰電池將在公平競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)中大顯身手，為節(jié)能減排做出大貢獻(xiàn)。

其次，楊裕生認(rèn)為，電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展需要用新的電池。其一，將傳統(tǒng)燃油車(chē)改成輕混，要求電池用快充電來(lái)回收剎車(chē)能量，可以節(jié)油15%。如比較常見(jiàn)的48V電池組，其電池容量小于0.4度電。其二，第三代增程式電動(dòng)汽車(chē)電池用量少，大概一度多點(diǎn)的電容量，要回收剎車(chē)能量電池應(yīng)有約5-8C倍率充電能力。其三，充電樁增多后，電動(dòng)車(chē)電池可以少裝、快充，大概需要10C左右，只需6分鐘就可把電池充滿。

目前的電池能夠快放，但是難以快充，原因是目前的電池用石墨做負(fù)極，鋰離子嵌入石墨的速度慢，快充容易在石墨表面生成枝晶，穿透隔膜引起短路。所以，要發(fā)展高安全性、廉價(jià)的快充電池，負(fù)極需以硬炭代石墨，不易長(zhǎng)枝晶。為了提高負(fù)極比容量，可以在硬炭中復(fù)合納米硅。同時(shí)，在正極磷酸鐵鋰中混入多孔炭，這樣雙電層電容與電池的內(nèi)并，簡(jiǎn)化了并聯(lián)的線路，同時(shí)也降低成本、延長(zhǎng)壽命、提高功率。

在楊裕生看來(lái)，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)，車(chē)企經(jīng)營(yíng)應(yīng)改向，必須要把安全放第一位，而不是考慮里程第一?！半妱?dòng)汽車(chē)要發(fā)展必須市場(chǎng)化，必須減少電池用量、提高安全性、節(jié)能減排、降低車(chē)價(jià)，而不是追求長(zhǎng)里程的純電動(dòng)用多裝電池來(lái)浪費(fèi)能源、增加排放、加大廢電池處置量，更不該極速提高電池比能量、增加危險(xiǎn)性?！?楊裕生說(shuō)。

至于如何提高電動(dòng)車(chē)的安全性且節(jié)能減排，楊裕生認(rèn)為有四種做法：第一，車(chē)企應(yīng)將積分與節(jié)能減排掛鉤，而不與純電動(dòng)里程掛鉤;第二，發(fā)展新的磷酸鐵鋰電池，提高壽命和充電倍率;第三，可以將純電動(dòng)乘用車(chē)微小型化，不追求超長(zhǎng)里程;第四，發(fā)展增程式技術(shù)，將此技術(shù)用于各種電動(dòng)車(chē)型。