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欧阳明高:动力电池如何实现低碳化等目标

时间:2022-07-29 09:49来源:爱购彩 点击:

  中新经纬7月27日电 题:动力电池如何实现低碳化等目标

  作者 欧阳明高 中国科学院院士、清华大学教授

  从技术角度,中国动力电池产业高质量发展方向是低碳化、高端化和智能化。

  低碳化:低能耗、低排放、低损耗

  中国电池产业已取得了飞速发展。根据我们统计,2021年中国动力电池出货超过300亿GWh、产值超过3000亿元,动力电池行业投资近万亿元,产能已经扩张到1000个GWh。预计中国电池出货量2025年超过1TGWh,产值超万亿。所以这是一个非常大的产业,而且是有全球竞争力的产业。

  但现在面临的问题是关键材料制备低碳化发展迫在眉睫。动力电池的材料成本占到了75%以上,比如,石墨负极每吨材料电费占比接近60%,正极材料也是一样。动力电池行业面临的问题是能耗大、成本占比高、二氧化碳排放较严重,这是行业可持续发展面临的问题。

  为改善这个问题,首先需要进行材料回收,以节省资源、循环使用、减少能耗、降低排放。现在有火法回收,下一步有湿法回收,再到物理回收,碳排放减少量会越来越高,最后将通过绿电实现净零排放。所以,我们最终的目标是通过100%绿电实现电池生产全生命周期的零碳排放。

  在此背景下,中国动力电池的产业趋势一定是向西部转移。四川锂资源占到全国的一半以上,水电接近1亿千瓦,绿电比例占85%以上;而且原材料丰富、人力成本低。所以,中国动力电池向西部尤其是四川转移是一个必然的趋势。宜宾将来是一个具有最具潜力的电池生产基地,甚至会成为全球动力电池最大的生产中心。

  高端化:高品质、高安全、高技术

  过去十年,中国电池创新突破,已经实现成本大幅度下降、竞争力大幅度提升,尤其是2018年以来中国动力电池行业在电池结构创新方面引领全球。电动乘用车续航里程1000公里已经实现了,冬季续航下降、高速公路的超级快充都在持续突破之中,已经能够满足消费者需求。尤其是低成本的磷酸铁锂电池占装车比例接近70%,寿命长、安全性很好。但是行业还是面临着安全方面的挑战,安全事故还是时有发生,储能电站安全问题会更加突出。

  所以,中国动力电池创新要从电池结构创新逐步发展到材料体系创新。这是一个更加复杂、更需要时间积累、但是也是全球动力电池创新的制高点问题。此前,材料创新基本是由国外主导的。从时间轴来看,电池体系会不断丰富,今后十年还会经过三次技术变革,在两三年之内锂电池还会大幅度创新,2035年前一定会规模生产能量密度为500Wh/kg的下一代电池。

  其中,最值得重视的就是全固态电池,其难度很大,关键技术需要全世界的共同努力。目前,日本、韩国、美国在全固态电池方面取得了重要进展,技术创新速度不断加快,中国也要加大创新力度。希望通过全球的共同协作解决全固态电池的关键材料、界面、复合电极制备等问题,最终实现综合性能。

  智能化:智能设计、智能制造、智能控制

  智能设计方面,我们从实验试错到仿真驱动,再到智能化全自动,已经经历了三个发展阶段。这种方式可以大幅度降低成本,研发费用可以节省70%~80%。这中间的核心技术就是高精度的建模技术和高效率的寻优算法,这是一个趋势。

  智能制造方面,电池制造是一种极致的制造,不能引入任何的杂质,任何杂质的引进去就是隐患,就有可能引起安全事故。所以从百万分之一的缺陷电池到十亿分之一的缺陷电池,这就是极致制造。为了实现极致制造,必须采用智能化,从数字化生产工艺仿真到数字化生产车间,再到工业互联网,再到大数据平台,对生产过程要达到3000个以上的质量监控参数。这是下一步中国电池行业需要做的。

  智能控制方面,首先要把传感器放到电池里面去,温度、气体、压力,现在我们的电池还是不能控制的,只能管理,只有在充电的时候才能控制。下一步,我们要进行全方位的控制,尤其是要加入负极电位传感器,把电池分成正负极,来分开进行控制。在软件方面,要引入人工智能,比如安全监控,我们通过人工智能可以大幅提升安全检出率、降低误报率,这已经在很多车辆上使用了。所以,人工智能在电池使用中大有可为。最终我们要真正实现新一代的智能电池,也就是现在欧盟提出2030年计划,目标就是新一代智能电池。中国动力电池行业要加大力度,也要面向2030年实现动力电池从材料选择、电池设计、制造、使用、回收的全链条智能化。(中新经纬APP)

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责任编辑:王蕾

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