杨裕生院士：关于高比能动力电池问题的思考
由工业和信息化部赛迪研究院与泰州市人民政府联合主办“2018中国新能源动力电池暨储能产业大会”于2018年4月20-21日在江苏泰州举办。大会围绕当前国内动力电池发展现状、存在问题和未来趋势，从技术发展路线、电池安全、产业困局等话题进行深度研讨，共话动力电池产业发展大计。能见App全程直播本次大会。
中国工程院院士杨裕生出席大会并发表了题为“高比能动力电池问题的思考”的主旨演讲。
以下为发言内容：
杨裕生：大家上午好，跟高兴来到泰州，来到70年前在这里学习的地方，我今天讲的是高比能动力电池问题的思考。动力电池怎么发展？实际是和电动车怎么发展联系在一起的，是根据电动车需求发展在一起的。另外就是有什么样的电池发展出什么样的电动汽车，而不是超越电池的水平去空想提高电动汽车的指标。我今天想讲几个问题，第一个就是发展电动汽车的初心。发展电动汽车的目的是节能减排，汽车强国必须依靠自主知识产权生产能耗最低、派排放最少的自由品牌电动汽车。有的电动汽车只节油，但不减排。TESLA在新加坡受罚，就是因为追求长里程的而多装电池，车重，耗电多，要靠一次发电，会排放大量的二氧化碳，所以是不减排的。实际上要主要电池的节能减排，关于电池新的要求，我把它做了一个排序。
第一个重要的是高安全性。不宜爆、不宜燃。第二位的要求是循环寿命长，价格低廉、高比能功能、转换效率高高比能量、使用方便易维护。第三位，是可以可耐寒热，资源丰富，环境友好，这是可以作为条件的。补贴和即将实行的积分与纯电动里程挂钩的政策，误导过分提高电池比能量，增加电池的用量。我对于这个问题有好几个文章都有报告，也都有论述。我感到这样的正征程是忽略了电池比能量越高，电池就越多的问题，也背离了节能减排的初心，这是我要讲的发展电动汽车的初心是减排。
第二个问题高比能锂电池。就是要提高比能量，三元材料里面提高镍量，安全性下降。电池声问道一定温度正极活性物质就与电解液发生大量热的化学反应——热失控。所以我们就要解决四大焦虑。第一是里程焦虑多带吃，仍怕断电。车重，不节电。第二安全焦虑，电池多比能量就会高，容易引发事故。第三是充电焦虑。第四是价格焦虑，电池用量大，车子价格就高！竞争力就低。所谓高补贴推动发展的纯电动汽车难以市场化，在有补贴时，可发展中等行程的物流车等特种车辆，但是第二套电池要用用户出钱。我们现在国家推广有170万余辆电动汽车，在补贴停滞后里程越长，过去补贴越高的车就越难卖，原则上就要用成熟电池，发展安全节能减排的电动汽车。第二技术路线要以微小型纯电动车为突破口，，大中型车发展纯电驱动的增程式。第三，微小型号纯白电动车可由市场来决定，增程式不存在交流性的问题。
这是我补充的两个问题，这几年很多报告讲到，用磷酸铁锂电池发展电动汽车，不需要高比能能量电池。它的在纯电动车上增程器。第一代单纯为了增加行驶里程，也就是说在简单的纯电动车做个发电机，纯电动车里的电池优化比较高。第二代示意图完全不一样的，发动机减少了，电池也减少了，节省了一半钱左右，节油达到了50%。第三代是增程式发电直驱电动车。这个是非常先进的，也就是说车上发电不经过电池而直接驱动电动机，它继承了全部优点，进一步降低了成本，节油率很高，因为电池充电过程至少有10%的能量损耗，它把这个能量损耗减少了，这一组就作为两，加速车子启动时的样子，所以容量大大的检索。
有人说会说：增程式还是要烧油，不是最终的目标。要注意两个问题，我国由汽车变为汽车强国，我相信全国人民都会高兴的。第二，要以节能减排为横向标准，来检验郑则和技术路线。电动汽车最终目标未必是不烧油的纯电动车，很有可能是不烧油的烧醇类的增程式电动车。我们需要在第三代增程式投产，来应对补贴对电动汽车的冲击。
第三个问题燃料电池。燃料电池的比比能量但是难以满足汽车行时中功能变化的要求。要以蓄电池调节功率需求。也可以看成燃料电池作纯电动车的增程器。2000年与石油大学赵永丰教授等五位专家联合多所院校宴请申请了国家重大基础研究项目“氢能的规模制备”到现在18年我始终关于燃料电池的问题。
第一个问题是燃料电池的品种问题。是否是质子交换膜燃料的电池最好？第一是氢的能效、底牌制备。第二是安全运输储存，第三是寿命不长，价格高。第四是膜等关键材料技术有带提高。第五铂资源太少，需要发展催化剂。在有固体氧化物燃料下，可以不烧氢气，可以只烧天然气，是不是在电动汽车也有这样争议。
第二个问题是氢的与能效问题。第一副产氢的利用量有限，在短期可以，但是弃风，弃水地区怎么运用出来？长期未必可以做到，因为输电解决以后就没有弃风，弃水了，这样效能就小于了33%，还有什么优势呢？在输送氢与输送电哪个更小呢？这些问题部门还没有弄清楚。第三太阳能制氢有待长期发展。第四，锂离子电池与燃料电池能量转换对比。我们总的效率在90%以上，如果是发电去电解水之前，最后做成燃料电池发电，总的效率只有33%，差多少呢？差233%，所以制氢要用燃料电池发电。
第三个问题氢的供应和成本问题。把氢气压缩、运输又要消耗能源，加氢站的面积很大，也是消耗能源，都会排放二氧化碳。所以氢能转换率高和氢能清洁是不正确的说法。丹麦公司有64%的甲醇率，放在燃料电池上化学反应就很简单。但问题是重整器要重新预热。第二是清学大学提出了45%乙醇来自于高粱秆发酵，可以做饲料也可以酿酒，这条途径已经引起了国家有关部门的重视，现在也在大力推动。
第四个各问题是PM燃料电池动力系统寿命问题。影响很多，但是电池系统有些“娇气”。第一系统复杂，很难维护。第二，空气污染严重，输入的助燃及造成一些一氧化碳，演化五，易造成铂催化剂中毒。第三，空气中的固体颗粒也容易堵塞刘导，而净化空气会抬高成本，降低能耗，系统更加复杂化。所以燃料电池设计和材料要重新，要把基础研究搞好。总之，燃料电池电动汽车的技术路线还在摸索当中，重金补贴，猛推PMFC产业化，将造成浪费，骗补。
我想未来的可持续发展的低碳化电动汽车是由太阳能提供光伏发电和风力发电给动力电池充电，通过生物质给发动机提供能量，或者醇重整给燃料电池供电，这些就形成了一个增程式的电动车。也就是说这个可以由太阳能提供正能量，我们现在国家可以做成储备，我们再加上甜糖的可以有相当高的乙醇产量。
第四个问题，锂硫电池。我认为它是很快可以做出来的，但是要做好很难。他有五个第一。安全性低，体积比能量低，放电倍率低，能量转换效率低，循环次数低。尽可能解决这些问题以后才可以解决动力电池问题。三年五载很难用在车上，十年八在也不算悲观。锂硫电池可以用在电动汽车以外的场合，寿命需要百十次，体积宽松而重量严格受限制的地方。这是我们做得最早的东西，在这个用户上可以用，另外向无人机也可以用。
第五个问题锂空电池下下一代的动力电池。它的问题很可能是远水解不了远渴。它在多少年还不是充分电池，所以双功能氧正极很难解决。能量转换效率过低，寿命短，比功能低。所以经过反复的思考认证，我们单位就决定不研究锂空电池，这是我们好几年做的决定。去年美国阿贡实验室研究设计停止列入锂空电池，它的贡献也很值得我们注意。所以我们外国人怎么说我们就怎么跟可能我们不会动脑筋，但是要思考。
最后我们说一下电动汽车电池的发展方向。第一个电动汽车能卖则出去，不论是高速或者低速，必须要减少电池用量，降低车驾。而不是片面追求长里程，拼命提高比能量，或者是多装电池，增加危险性，这是关键。第二，怎么办？要发展微小行化，其次发展增程式电动汽车，逐渐走向市场化。第三，发电直驱增程式电动车的节能关键是提高增程器的省优发电量，不苛求电池的高比能，这些都是我们稀缺的材料，要磷酸铁做好，是相当可观的数，希望把它做好，成为中国的特色体。第四，燃料电池的优越性有待实践检验后再认证。第五，汽车界不要急切期望于发展。谢谢大家。
（根据发言整理，未经本人审阅）
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