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新能源汽車靠技術創新“自給”

2017-11-30 10:06:36 中國科學報   作者: 趙利利  


補貼“斷奶”已成定局,車企必須依據市場來選擇經營之道和技術路線。

圖片來源:百度圖片

“我國新能源汽車產量和保有量從2011年到2016年均提升了100倍。” 在近日召開的第二屆動力電池應用國際峰會上,中國工程院院士吳鋒提供的數據顯示。近年來,伴隨著系列利好政策的相繼落實,新能源汽車的發展可謂突飛猛進。

補貼是國內新能源汽車行業繞不開的話題。今年9月28日,國家工信部等五部委公布“雙積分制”,業內普遍認為,這意味著政府主導培育市場的模式即將畫上句號,新能源汽車開始進入企業主導培育市場的新階段。黨的十九大報告也指出,要“構建市場導向的綠色技術創新體系”。補貼“斷奶”已成定局,在這種情況下,新能源汽車是否已經作好了告別政策依賴的準備?技術創新如何引領新能源汽車上下游產業鏈實現“自給”?

升級增程式電動車技術

“2020年之后,新能源汽車就不再補貼了。今后三年,企業在拿補貼的同時,既要切實滿足積分要求,又要生產賣得掉的電動車。”中國工程院院士楊裕生說,“‘賣得掉’非常重要,車企必須依據市場來選擇經營之道和技術路線,不要過分熱衷于高積分,以免迷失方向。”

補貼退坡開啟電動汽車新格局,新能源汽車產業開始由市場和政策雙輪驅動,通過技術創新引領市場走向成熟成為其發展的必由之路。就汽車本身的技術而言,楊裕生認為,增程式電動車是消除補貼退坡影響下的最佳技術路線,“是建設汽車強國的利器”。

增程式電動汽車節能的關鍵是巧用電池和發動機。楊裕生介紹了它的發展路線,“第一代增程式電動車是在純電動車上加裝了增程器和汽油發電機,但由于車內電池和增程器的功率過大,導致其耗電更多,油耗也高。第二代增程式電動汽車優化了電力系統,減少了發動機功率,提高了能效,安全性能較好。”

楊裕生直言,“電池用量少,補貼退坡和補貼取消的影響就小,這種車將來容易推銷。”

此外,這種“容易推銷”的電動車還可以免建充電樁,支持遠距離行駛,城市百公里油耗的節油率可以達到80%以上。楊裕生表示,燃油車生產的全功能集成為增程式電動車的發展提供了方便,“結束了純電動汽車的里程焦慮、安全焦慮、充電焦慮、價格焦慮,避免了插電式混合動力車‘大馬拉小車’的不節能問題”。

不過,楊裕生也表示第二代增程式電動車尚存在不足,“首先,由于全部電流都要通過電池組,電池充、放電過程中產生能量損耗;其次,電池容量雖然比純電動車少,但要滿足最高車速的功率要求,電池用電量就比較高。電池始終處于滿功率的運行狀態,影響使用壽命。”

針對這些不足,第三代增程式電動汽車生產已經提上日程。它克服了上一代汽車車重、電耗高的缺點。“而且成本進一步降低,算上高節油率,車輛全周期的總費用遠遠低于同級別的燃油車。而且該技術適用于各種車輛。”楊裕生說。

創新動力電池關鍵材料

補貼退坡的消息出爐后,有企業對外宣稱“銷量不降”,楊裕生對“這些企業有如此大的把握”表示懷疑。他認為,這實際上是要消費者來消化補貼的差額。

“其實,在高補貼政策之下,電動汽車的利潤率普遍高于傳統燃油車,企業有不小的讓利空間。”楊裕生建議,“車企應主動消化差額,不要將補貼退坡轉嫁到電池廠。電池價格下降空間有限,汽車企業要充分理解電池行業的處境。”

動力電池作為新能源汽車的核心零部件是新能源汽車發展的重點,楊裕生所言的電池境遇引起了吳鋒的共鳴,“目前的國家規劃,對動力電池能量密度的指標要求很高,有300Wh/kg的,也有350Wh/kg的。我們如何實現這些指標的同時兼顧其安全可靠性、循環性能、倍率性能?”

吳鋒表示,“就鋰離子電池而言,提高電池的能量密度,材料要先行一步。”他說,高比能涉及到安全性問題,“首先需要安全性材料,包括溫度敏感電極、陶瓷高強隔膜、電解質,這三者的協同配合可以顯著提高電池的安全性。”

吳鋒介紹了其所在團隊的研究項目,“我們正在研究新型異質結構的高比能、高倍率富鋰錳基無鈷氧化物正極材料,這種材料在納米尖晶石包覆后獲得性能改善,且降低成本有很大空間。”

“到2045年,動力電池的需求量必然會產生爆發式增長。而原材料持續漲價,如何來應對?”吳鋒表示,用輕元素、多電子、多離子反應實現電池能量密度的跨越式提升,打破單電子反應n=1的思維定式將是一種有效的方法。

探索鋰資源開發路徑

作為動力電池的核心材料,鋰的制取是電池技術突破的關鍵,這要追溯到鋰的來源問題。中國工程院院士鄭綿平表示,“鋰和它的化合物已經成為涉及國民經濟安全的重要戰略資源,鋰資源主要包括地下鹵水型和頁巖型,其他類型也在不斷發現。”

“全球鋰產品價格居高不下,需求量不斷增加。”鄭綿平說,“目前,我國鋰資源的對外依存度已經達到70%。國內鋰生產主要依靠鹽湖鹵水,其他大部分靠進口鋰輝石來生產。2014年鋰輝石的進口價格大約為每噸380美元,到現在已經高達每噸450~500美元。如何大力開發高效綠色低成本的鹵水型鋰資源成為迫在眉睫的問題。”

“我國鹽湖資源比較豐富,青海鹽湖有氯化鋰約為1982萬噸,西藏已經查明的儲量有1740余萬噸,”鄭綿平表示,“中國正在面臨突破的前夜。”

鄭綿平表示,中國鹽湖資源的特點,一是富鋰鹵水的伴生元素比較多,如硼、鉀、硫等;二是碳酸鹽型鹽湖鎂鋰比高。“鹽湖鎂鋰比在8以下的,可以開發,技術上已經解決了,8以上的,我們叫它高鎂鋰比,其開發問題比較難以解決。”

鹽湖鹵水的主流提鋰技術為沉淀法,鄭綿平介紹道,“液體聚集到一定程度之后集中到沉淀池,產生三層效應。最上面一層是淡水,從上往下,濃度沿梯度不斷增加,底下就是鹵水。紅外線照射下,下端是熱的,上端是冷的,用這種辦法把碳酸鋰提取出來時蒸發很小。這叫作沉淀的正溫度效應。”

除了沉淀法,鹽湖鹵水提鋰技術還包括離子交換吸附法、煅燒法、兌鹵法等。鄭綿平表示,目前,這些辦法都在不同程度推進,實際上還處于試工業生產階段。

鹽湖鹵水鋰資源是綜合性寶貴資源,因此,鄭綿平認為,在完善提鋰工藝的同時,要切實落實綜合利用共生資源的舉措。“綜合利用鹽湖是必要的,因為鹽湖是綜合性礦產,不是單一的。鹽湖中鋰的含量比較少,目前得以主要開發提取無非是因為其價格高,但要是綜合利用,效益就大不一樣了。”




責任編輯: 李穎

標簽:新能源,新能源汽車,動力電池,電動車技術,鋰資源開發