尋找電動(dòng)車長(zhǎng)續(xù)航方案，成為全球科技研發(fā)的重中之重。科研人員相信，到2018年，純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，能夠比現(xiàn)在翻一倍。
時(shí)下紅火的特斯拉再次讓電動(dòng)汽車成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。盡管一時(shí)風(fēng)靡，但至今依然難以走進(jìn)“尋常百姓家”。究其原因，最重要的一條還是它的續(xù)航里程和相較傳統(tǒng)汽車差距較大。尋找電動(dòng)車長(zhǎng)續(xù)航方案，成為全球科研人研發(fā)的重中之重。
中科院物理所有一支這樣的團(tuán)隊(duì)，他們正在致力于通過(guò)納米技術(shù)，提升電極的能力密度，最終讓新能源汽車?yán)m(xù)航能力成倍提升。
在他們看來(lái)，下一代高能量密度、高安全性的全固態(tài)鋰電池、鋰硫、鋰空電池技術(shù)，或許將讓電動(dòng)汽車真正取代傳統(tǒng)汽車。
先發(fā)優(yōu)勢(shì)
記者了解到，物理所在鋰電池方面的研究由來(lái)已久。中國(guó)工程院院士陳立泉介紹說(shuō)，上世紀(jì)70年代末留學(xué)德國(guó)馬普協(xié)會(huì)固體所時(shí)，他在無(wú)意中發(fā)現(xiàn)，有同事在神秘地鼓搗著紐扣大小的電池。“他們搞的是氮化鋰，他們對(duì)我說(shuō)，別看它很小，將來(lái)可了不得，能夠用它作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)大汽車。”和鋰電池的第一次接觸后，陳立泉被深深吸引了。隨后他改學(xué)鋰電池，學(xué)成歸國(guó)后，就開始在中科院物理所搞起了研究。“當(dāng)然，后來(lái)我才知道，其實(shí)是被德國(guó)人忽悠了。那么小的電池，想驅(qū)動(dòng)大汽車現(xiàn)在看來(lái)還是不可能的。”陳立泉笑著說(shuō)。
據(jù)物理所研究員李泓介紹，2009~2014年，中國(guó)科學(xué)院發(fā)表的鋰離子電池的研究論文在全世界機(jī)構(gòu)排名中每年均位居世界第一, 而且比例在不斷提高。物理所作為全球最早開展鋰離子電池納米材料研究的研究單位，在世界上首次提出鋰離子電池納米Si負(fù)極材料，獲得系列材料發(fā)明專利的授權(quán)。“可以說(shuō)，我們搞長(zhǎng)續(xù)航鋰電池還是有先發(fā)優(yōu)勢(shì)的。”李泓說(shuō)。
同時(shí)，物理所還有著鋰電池研發(fā)的優(yōu)勢(shì)設(shè)備。在一樓的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，記者看到，科研人員正在操作一臺(tái)電子顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行分析，通過(guò)電腦屏幕顯示，樣品中鋰原子的大小、形狀等表征一清二楚。“別小看我們這臺(tái)顯微鏡，這是世界上第一臺(tái)能夠在原子尺度看清楚鋰原子的儀器。在這之前，搞鋰電池研究的人實(shí)際上都無(wú)法在鏡頭下直接觀察到鋰原子。”研究員谷林告訴記者。
在三樓的電池組裝實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，科研人員利用專用的手套箱，將兩只手通過(guò)手套伸入組裝箱內(nèi)，對(duì)鋰電池充放電前后的極片進(jìn)行半原位的檢測(cè)。盡管看上去頗有些笨拙，但他們?nèi)匀灰唤z不茍地通過(guò)玻璃窗查看手上的材料。“鋰金屬對(duì)空氣很敏感，因此對(duì)于鋰電池的研究需要在惰性氣氛或真空中研究。”科研人員介紹說(shuō)。
集中攻關(guān)
動(dòng)力電池的研發(fā)面臨激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，目前鋰離子電池的生產(chǎn)制造日、韓、中占據(jù)了全世界超過(guò)98%的比例。中國(guó)在下一代電池研發(fā)上面臨的形勢(shì)十分嚴(yán)峻。如果沒有合理的布局，扎實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，難以想象我國(guó)能僅靠廉價(jià)的勞動(dòng)力與原料在今后的電池產(chǎn)業(yè)占得優(yōu)勢(shì)地位。
李泓告訴記者，高能量密度鋰離子電池以及下一代電池技術(shù)研究難度較大，迫切需要國(guó)家組織優(yōu)勢(shì)力量，集中攻關(guān)，促進(jìn)關(guān)鍵的原始創(chuàng)新，解決瓶頸技術(shù)。目前，科學(xué)院組織了擁有多年鋰離子電池材料與系統(tǒng)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)和科學(xué)家，集中目標(biāo)，通過(guò)戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目，聯(lián)合企業(yè)，針對(duì)能量型動(dòng)力電池實(shí)際應(yīng)用需要解決的關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行攻關(guān)。
“我們致力于突破新一代鋰電池的材料及器件瓶頸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的納米結(jié)構(gòu)材料的規(guī)模化制備和產(chǎn)業(yè)化，動(dòng)力電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)演示示范，使目前的純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程提高一倍以上，解除動(dòng)力電池安全性隱患。”李泓說(shuō)。
為了盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，物理所以及其他科學(xué)院研究單位目前都已和企業(yè)開展了合作，進(jìn)行多種材料的中試研發(fā)。動(dòng)力電池主要依托于蘇州星恒電源有限公司制造動(dòng)力電池，該公司動(dòng)力電池已通過(guò)歐洲嚴(yán)格的認(rèn)證，進(jìn)入法國(guó)市場(chǎng)。“我們正在與正極材料、隔膜、導(dǎo)電添加劑、動(dòng)力電池、電動(dòng)汽車方面的國(guó)內(nèi)其他優(yōu)勢(shì)企業(yè)建立合作關(guān)系，希望能協(xié)助提升整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的競(jìng)爭(zhēng)力。”他表示。
據(jù)介紹，在納米硅負(fù)極材料研究方面，目前物理所已與國(guó)內(nèi)企業(yè)合作，完成納米硅碳負(fù)極材料10kg級(jí)中試，年底預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)100 kg級(jí)中試，其綜合技術(shù)指標(biāo)已通過(guò)評(píng)測(cè)，“相信能夠很快進(jìn)行投產(chǎn)，能使現(xiàn)有鋰離子電池能量密度提高10%~20%”。李泓說(shuō)。此外，采用納米涂層技術(shù)的高能量密度鋰離子電芯也已通過(guò)安全測(cè)試。在下一代鋰電池研究方面，中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所的研發(fā)團(tuán)隊(duì)還研制成功51安時(shí)的鋰空氣電池組，能量密度達(dá)到380 Wh/kg，“這一方面的研究，此前國(guó)際上從未有過(guò)報(bào)道，是我國(guó)完全原創(chuàng)的成果”。采用納米材料的鋰硫電池和全固態(tài)鋰電池，也取得了重要的進(jìn)展。
“我們相信，通過(guò)科學(xué)家的努力，到2018年，純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，能夠比現(xiàn)在翻一番。屆時(shí)，相信會(huì)有更多的人使用新能源汽車出行。”李泓這樣表示。
