2、如何破解鋰離子電池引發(fā)的“焦慮”？
現(xiàn)在有兩個問題，一個是安全問題，一個是里程問題，安全問題和里程問題都跟鋰離子電池有關(guān)系。
鋰離子電動車的安全事故時有發(fā)生，雖然它的安全事故并沒有燃油車的事故多，但是它是個新生事物，一旦有一個鋰離子電池車燃燒了或者是爆炸了，網(wǎng)上馬上就傳開了，而且傳得很快。這樣鋰離子電池電動車可能就會受一些影響，產(chǎn)銷都會受一些影響。里程問題是指鋰離子電池現(xiàn)在的能量密度還不夠高，充一次電大概行駛里程也就是100多公里、200多公里。
我覺得電動汽車應(yīng)該把車跟電分開，就是買車和買電池要分開。最好是買一輛電動車，我每天上班，如果是從天安門到清華或者到五環(huán)路就可以，可能也就是30公里，那是不是買一輛車能開30公里就行了？不一定非得要開100多公里、200公里，也就是說裝10度電就夠了。那么車子的錢加上這10度電的電池的錢肯定不會超過10萬元錢，大概五、六萬我就可以買一輛車。但是我要開長途車怎么辦？能不能我開長途車的時候再去租電池？也就是說要專門成立一個電池的公司。
實際上我是不主張快充的，因為現(xiàn)在鋰離子電池的機理決定了它是插入式反應(yīng)，就是說你要允許離子能夠有時間把它插進去。而且現(xiàn)在我們所用的正極材料也好，負極材料也好。負極材料用石墨，石墨是個層狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)只有離子要對著那個層才能插進去。如果說正好那個石墨跟它離子是垂直的，它進不去，它就要轉(zhuǎn)一個90度才能進去。所以你要給它一個轉(zhuǎn)90度的時間，如果說你不給它一個時間，直接快充的話，它轉(zhuǎn)不過去就會在石墨片上沉積下來，這樣對電池壽命是不利的。同樣，放電的時候，如果特別快地放電，倍率太大了也不行，它也是層狀結(jié)構(gòu)的。一個正級材料它回去也是一樣，它是要找準那個狹縫它才能進去，如果它找不準的話也進不去，也要等著有機會它才能往里走。所以說我不主張快充，我是最希望換電池的。適當?shù)谋堵食涫强梢裕翘乜炝瞬恍校瑩Q電模式是好，但是做起來相當困難，標準不好統(tǒng)一。這個一定要國家統(tǒng)一來考慮，如果說國家不出臺政策統(tǒng)一考慮的話，那是很難做的。
現(xiàn)在蔚來公司有一種換電的模式，它從北京開到深圳，每開一步它是有地方換電，幾分鐘就可以換完，充電最快是大概一刻鐘，就是喝一杯咖啡的時間。一刻鐘已經(jīng)是夠快的了，換電的話它幾分鐘就可以換完。因為我最早參觀換電是在清華，清華里頭有一個換電的裝置，車開上去之后就把車給頂起來，換電的裝置都在地底下，很快就把它換掉了。但是這個車一定要標準化，電池一定要標準化。所以這就要求國家要統(tǒng)一出臺政策，就是換電的政策。
我大概一個月以前，在北京打了一個出租車，從圓明園到中關(guān)村，我坐的正好是電動汽車。我就問他，這個車跑一天充幾次電，他說我不充電我是換電。我說北京有換電嗎？他說有，北京出租車全部是換電。就是說現(xiàn)在換電他不用管，你開到那兒去，就有人幫你把電換了，他們還是喜歡開電動出租車。所以將來我們解決退補以后，我覺得一個不讓銷路往下滑的很重要的事，就是我們是不是可以再回過來重新考慮換電的模式。
從2009年開始，我國汽車產(chǎn)銷量連續(xù)11年位居全球第一。隨之而來的則是石油消耗量劇增、空氣質(zhì)量惡化等一系列棘手問題。前所未有的能源危機，讓新能源的開發(fā)利用迫在眉睫。對汽車來說，不管什么樣的新能源，最終都是轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動車輛，而電池作為儲存電能的動力核心，其性能在新能源汽車的研發(fā)中扮演著極為關(guān)鍵的角色。鋰離子電池能否根治“汽車病”？它能不能幫助我們構(gòu)建起能源互聯(lián)網(wǎng)，破解能源危機？
3、“電動中國”能否破解能源危機？
我們發(fā)展電動車不是為發(fā)展電動車而發(fā)展電動車，實際上是跟我們國家的能源情況密切相關(guān)的。2004年，我們工程院做的一個咨詢項目，就是2050年中國的油氣資源的情況怎么樣。這個執(zhí)行項目的結(jié)果大概是這樣：到2050年，我國自產(chǎn)石油大概每年1.8億噸是沒問題的，就是說從現(xiàn)在開始到2050年還可以在1.8億噸每年的這個水平。
實際上這條紅線就是1.8億噸，去年大概是1.9億噸，石油的對外依存度最好不要超過50%。2017年進口石油是4.2億噸，國產(chǎn)石油1.92億噸，對外依存度到了68.6%，已經(jīng)遠遠超過50%了。那么我們的汽車的保有量是2.17億輛，每千人是167輛，世界平均每千人是131輛，我們現(xiàn)在比世界平均水平稍稍高一點，但跟美國的每千人800輛那還差得遠。汽車的油耗，如果說按照一輛車一年平均兩噸油來算的話是4.3億噸油，也就是說，我們進口4.2億噸給汽車用掉了。
最近發(fā)現(xiàn)了兩個大油田隱藏量是10億噸，這都是作為特大喜訊報的。我問了他們回采率是多少，他說回采率可能低于50%，大概40%。兩個油田的話，也就是說兩年不用進口，但是第三年還要進口，而且不可能老有像這種10億噸的油田被發(fā)現(xiàn)。所以從這個可以看得出來，我們的儲油現(xiàn)在只夠40天用，而日本的儲油是200天。我們國家儲油希望能夠是100天，這樣的話，實際上我們最近幾年這個儲油量已經(jīng)是大大增加了。
能源安全是一個很重要的事情，當時我們分了幾個組，一個是電取代組、煤取代組、生物質(zhì)能取代組和總體組。我是電取代組的，就是發(fā)展電動車取代進口油，這是我們電取代組的一個結(jié)論。另外要考慮全球二氧化碳的排放，因為我們是參加了《巴黎氣候協(xié)定》的，中國2010年二氧化碳排放量開始急劇往上升，最近幾年稍稍往下掉一點，然后又往上升了一點。中國的二氧化碳的排放量是世界第一，所以實際上我們受到的壓力是相當大的。
《巴黎氣候協(xié)定》規(guī)定溫度的升高不能高過兩度，這也是大家的希望。因為現(xiàn)在像我們國家的西部那些雪山好像也都開始融化，你看美國排放量比我們低，本來它是第1位，那么現(xiàn)在我們中國第1位。因為印度現(xiàn)在發(fā)展很快，它如果不控制的話肯定要遠超過中國。我們希望交通能夠電動化，小城市是自行車、汽車、公交車，大城市多一個地鐵，城市間現(xiàn)在有高鐵，現(xiàn)在有飛機、有船舶。我們希望包括高鐵、飛機 船舶都能夠電動化，就是電動汽車、電動飛機、電動船舶，這就要靠鋰電池。
最近沈陽有一個企業(yè)做了一架電動飛機，是兩個座的。但實際上你們從網(wǎng)上看的話，2010年上海一個民營企業(yè)已經(jīng)做了一個電動飛機，也是兩個人的，已經(jīng)試飛成功。實際上現(xiàn)在電動飛機做得好的是以色列人，現(xiàn)在做九個座位的。所以現(xiàn)在我們除了電動汽車，還要發(fā)展電動船舶和電動飛機。
實際上現(xiàn)在中國已經(jīng)有電動船舶了，是在廣州的一個2000噸的電動船，它用的電池的量大概是八十幾輛電動車的電池量，是在珠江運煤做運輸?shù)倪@個船。在上海也有500噸的這種船，不止一艘，有好幾艘了。另外在溧陽現(xiàn)在已經(jīng)注冊了一個電動船舶的公司，那是哈理工的李革臣教授注冊的一個公司。有人說電動汽車并不減少二氧化碳的排放，實際上這個電就從電網(wǎng)的電，從發(fā)電廠到用戶，它是分高峰電和低谷電。峰電和谷電它的價格不一樣，要鼓勵用低谷電。
另外，我們發(fā)展太陽能跟風能、水能、核能，這幾種能源對二氧化碳的排放當然是相當少，但是這些能源實際上它都要儲能的。原來我對太陽能沒有什么印象，我參觀過北京附近的張北我才知道，太陽能實際上更需要儲能。就說一朵烏云來了以后，把太陽一遮，它的發(fā)電突然一下就小了，幾乎就為零了。當這朵烏云一走，馬上這個電流就上來了，所以它比風電更需要儲能。風電，不管風來風走，我這個風葉還在那兒轉(zhuǎn)。風來的時候轉(zhuǎn)得快一點，風走了以后轉(zhuǎn)得慢一點，所以它不像太陽能那么厲害。風電、太陽能都需要儲能，所以現(xiàn)在有的地方棄風棄光，還有水力發(fā)電的棄水，我們棄風、棄光、棄水大概電量是1100億度電每年，可以夠600萬輛電動汽車用一年。實際上你只要能夠把儲能搞好了，你不要增加新的發(fā)電廠，不要多燒煤，你就把這個谷電用起來就可以了。
實際上就是我們要建一個能源互聯(lián)網(wǎng)，這個實際上已經(jīng)提了好幾年了。從我們目前的能源發(fā)展情況來看，現(xiàn)在就是肯定要發(fā)展一些風能、太陽能、水能，綠色化發(fā)展，核能不能說它完全是綠色，但它是個新能源，所以這些肯定是要發(fā)展。那么，要發(fā)展的話就肯定要把所有這些能源應(yīng)該有一個網(wǎng)把它“網(wǎng)”起來，所以就是說能源互聯(lián)網(wǎng)。
最好我買了一輛電動車，我走到哪兒我都能充電，就跟現(xiàn)在自行車一樣，我走到哪兒只要刷一下碼，有自行車在那兒，我就可以騎一輛車走。將來也能夠做到這么方便，我的汽車沒有電了，我走到哪兒我有一個充電樁，一刷碼我就可以充，或者說換電，這就當然是更不用說了。現(xiàn)在說互聯(lián)網(wǎng)的概念還有云存儲的概念，實際上將來都可以把這些概念用在能源上。因為現(xiàn)在能源的話還是條塊分割比較厲害，就是國家電網(wǎng)它也是國家電網(wǎng)有一套，然后各個地方有地方一套。比方說現(xiàn)在是棄風棄光，那么它可能是為了減少棄風、棄光要各個省市分攤?cè)蝿?wù)，這當然是國家的一種辦法，但是如果能源互聯(lián)網(wǎng)真正實現(xiàn)的話，我就可以把新疆的風能、太陽能存儲起來，上網(wǎng)就可以了，別的地方有需要就可以用了，這樣就比較方便。我們現(xiàn)在有的地方電能很便宜，有的地方電能就很貴，如果能夠把新疆的電弄到需要的地方不是挺好嗎？我想能源互聯(lián)網(wǎng)就要起這個作用。
現(xiàn)在清華大學新成立了一個能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，就是想把互聯(lián)網(wǎng)的概念用在能源上，能夠把我們國家的能源將來就是把綠色能源增加，把化石能源減少，我想這是能源互聯(lián)網(wǎng)的一個作用。
4、誰才是未來的終極電池？
現(xiàn)在的鋰離子電池是液體電解質(zhì)，那么能量密度已經(jīng)基本上到了極限，大概300瓦時每公斤或者350瓦時每公斤，已經(jīng)到了極限。那么安全性問題時有發(fā)生，由于它一個能量密度有限，一個安全事故會發(fā)生，所以這樣我們要考慮固態(tài)電池。
固態(tài)電池它是什么呢？現(xiàn)在我們用的是鋰離子電池，更全面一點包括像鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛酸電池這些都是液態(tài)電解質(zhì)的電池。固態(tài)電池可以做得跟鋰離子電池一樣，只不過把電解液換成是固態(tài)。它是固態(tài)，就是里頭不含液態(tài)或者液態(tài)含的很少。固態(tài)電池實際上不是一個新的東西，“六五”計劃、“七五”計劃我們就將固態(tài)電池列入重點課題，那么科技部也是第一個把固態(tài)電池這個課題列為重大項目。
固態(tài)電池的關(guān)鍵就是要研究固體電解質(zhì)材料，固態(tài)電池它的負極是用金屬鋰。中間這個電解質(zhì)是固體，固體電解質(zhì)不是液體，那么正極可以用不含鋰的正極材料，也可以用現(xiàn)有的這種正極材料。如果說能夠找出來不含鋰的正極材料，或者說容量更高的，我們就可以做出能量密度更高的固態(tài)電池，那么它的能量密度就可以大于每公斤500瓦時，那么它安全事故可以大大減小。
實際上固態(tài)電池不是說沒有短路的那一天，如果固態(tài)電池有短路那一天它會不會燃燒？金屬鋰在空氣里頭可能起某種反應(yīng)，但是它的量比較小，它不會爆炸，所以安全性應(yīng)該說是比現(xiàn)在的鋰離子電池應(yīng)該要安全。
固態(tài)電解質(zhì)基本上我們中國人沒有原始創(chuàng)新，比較少。既然要發(fā)展固態(tài)電池，一定要有我們的創(chuàng)新。常見的聚合物的材料就這么幾種，PEO （聚環(huán)氧乙烷）、PP0（聚環(huán)氧丙烷）、PAN（聚丙烯腈），它們的室溫離子電導(dǎo)率都比較低。最近青島能源所崔光磊做了一些新的工作，他可以室溫下做到10的負4次方西門子每厘米，他的電池也用上了，所以應(yīng)該說有新的進展。米歇爾·阿芒德聽到崔光磊的報告以后，第二天就給我發(fā)個E—MAIL，說看來中國人再一次走到了世界的前列。
最近新引進的一位王雪峰博士，物理所把他引回來了，他把鋰離子電池和鋰氧電池混起來，他是用什么？用硫化鉬作正極，二硫化鉬它可以插鋰進去，也可以插氧進去，形成一個新的化合物。混起來以后，它容量是相當高的。這個工作我們在物理所也申請了專利，所以這是新的一些思路，將來會對固態(tài)電池起作用。
所以我希望通過固態(tài)電池的發(fā)展來使我們國家能從跟跑、并跑一直到領(lǐng)跑。一直保持世界市場占有率第一位的位置。要保持這個第一位地位的位置，我想對目前的鋰離子電池的工作我們不能放松，就是有很多創(chuàng)新的工作、創(chuàng)新的成果我們要往產(chǎn)業(yè)化走。
日本人Kanno（菅野）我很佩服他，他一直堅持固體電解質(zhì)一直沒放，我覺得日本的這一點我們是值得學習的。我們的固態(tài)電池研究工作從鋰離子電池開始就基本上都放掉了、停掉了，但是現(xiàn)在，只是現(xiàn)在我們又回過頭來重新去做。我覺得重新去做也不晚，我們還可以，實際上還可以趕得上，從目前的趨勢來看我們還是有優(yōu)勢。所以鋰電池的工作，無論是鋰電池也好、固態(tài)電池也好、還是液體電解質(zhì)電池都是應(yīng)該是有很多工作要鼓勵創(chuàng)新的。
除了這個以外，其他電池一定要做，比方說鈉離子電池，你別看現(xiàn)在大家做鋰離子電池都是信心滿滿，但是全世界開的車都用鋰離子電池的話，實際上鋰是不夠的。昨天米歇爾·阿芒德也給了一個數(shù)據(jù)，就是說全世界10%的電動汽車都用電池來開的話，它大概需要多少電池 ？60多億噸還是多少，量是相當大的。這樣的情況下，一定要發(fā)展像鈉離子電池這一類資源比較豐富的電池。另外鋁離子電池、鎂離子電池或者是鋅離子電池這些實際上也應(yīng)該做的，特別是有些工作是我們有優(yōu)勢，是我們在先的。
鈉離子電池是我們有優(yōu)勢，第一輛低速電動車是我們演示的，第一個100千瓦的電站是我們演示的，然后就像鋅離子電池的專利，人家也承認是中國的首先的專利。現(xiàn)在我們正在做鋰的或者鎂的固態(tài)電池，我覺得這些東西的話大家都是從頭做起，我覺得是我們只要抓住時機能夠不放棄，應(yīng)該說是有機會走到世界前頭的。
氫氧燃料電池不是電池，它實際上是個發(fā)電裝置。就是說你有了氫了，我通過它加上氧我可以發(fā)電、產(chǎn)生電，它是個發(fā)電裝置，不是電池。但是氫氧燃料電池我們一定要研究。氫它沒有礦，它不像鋰，鋰有鋰礦。中國的這個鋰的資源雖然是沒有南美洲那么多，但是我們還算是鋰資源比較豐富的國家，但是氫你沒有。你將來氫從哪兒來？有人說你電解水制氫呢?那當然是可以電解水制氫，大家都可以電解水制氫，但是電解水制氫要什么？要電。你有了電，以電解水制氫，然后氫你再把它裝瓶也好，把它液化，最后你再把氫又用氫氧燃料電池去發(fā)電。就是說開始是電，最后還是電，你都是用這電去開車。
如果說能夠解決太陽能光解水制氫這個問題，那么將來我們氫氧燃料電池的確是大有希望。氫氧燃料電池我們要研究，但是要大發(fā)展，就是說它要去取代鋰離子電池的這個地位，不是近期的事情。
我們目前應(yīng)該考慮怎么樣把“電動中國”從夢想變成現(xiàn)實，這是一個國家的急需。這些創(chuàng)新性很強的研究，不管你是再創(chuàng)新還是我們自己的獨創(chuàng)，都應(yīng)該讓中國鋰電池由跟跑到并跑，最終實現(xiàn)領(lǐng)跑，為實現(xiàn)“電動中國”的這個夢想奠定基礎(chǔ)。
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