中国储能网讯:5月19日至21日,“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开, 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。
解放军防化研究院研究员曹高萍出席大会开幕式,并发表了题为“当前铅、锂蓄电池发展问题”的精彩演讲。
演讲内容如下:
曹高萍:尊敬的各位来宾上午好!“古老”铅酸电磁正青春焕发,我们现在是人人都享受有铅酸电池带来的现代文明生活,铅酸电池目前是电动自行车的主要动力电源,支撑几亿人的出行。军事领域,铅酸电池也用在潜艇、坦克等上,用铅酸电池也可以保家卫国。铅酸电池的优点是安全可靠,没有可燃物质。价格低廉,比功率高。生产工艺成熟,它的废电池可以再生,利用率高。新兴的应用领域,铅酸电池也占有一席之地,比如说可再生规模蓄电,铅酸电池几个报告里面也看出来,铅酸电池也可以削峰填谷。铅酸电池生产新技术,铅炭是一种新的电池,比普通铅酸电池长几倍,它的功率特性还是比较好的,比如卷绕型比功率达到900W/KG,湿法再生回收铅,收益率高,环保好。生产设备现代化改造。政府在这些年对铅酸电池也是有作为的。比如说最近这些年,政府以环保为中心,对铅酸电池的全行业进行了整顿,而且成效很好。
2014年,我们国家的工信部的强基计划支持铅炭电池的发展。现在全面洗刷铅酸电池的落后污染的名声。企业也有新面貌,向大型化、现代化发展,不断加大科技创新的投入,加强技术力量、创新力。企业信心强、干劲足,很顽强做事。应用上有新动向,比如微电网储电,我们的家电用光伏+蓄电池的夜蓄日用。我们积极争取今年年底将出台的低速电动车标准不限用铅电池。铅酸电池的发展前景是光明的。
铅酸电池技术发展趋势,2010年在首届铅酸电池新技术研讨会,我们院士提出了铅酸电池三大人物:一是加力,提高比功率、比能量,比能量的目标提到60WH/KG。二是延寿,提高循环寿命,发展铅炭电池这样有优势的铅酸电池。三是摘帽,消除全行业铅污染的问题,发展像湿法回收,回收能量高的新技术。在政府支持和全行业支持下,后两项任务有很大进展,今后人们要继续推进,加力这块,比功率有很大的提高,但是比能量的进展还是有进展,但是不是很大。提高比能量是铅酸电池行业增加利润的要途,是铅酸电池提高竞争力,巩固阵地的必要手段。
锂离子电池成熟以后的价格目前磷酸铁锂1WH降到1.2元,锂离子电池相对铅酸电池寿命更长,锂离子电池的磷酸铁锂一般来说是3000次,据说现在有1万次了。按照这种情况来看,如果按单次蓄电成本来计算,锂离子电池是铅酸电池的1/3,这也是铅酸电池使用成本的一个危机。如果铅酸电池的比能量达到60WH/KG,价格可降低33%。使用成本,这时候还要比锂离子高1倍,如果加上回收、利用率高等有利因素加起来,铅酸电池还是有很大的生存竞争力。所以提高比能量至60WH/KG是铅酸电池的当务之急。提高铅酸电池比能量到60WH完全可能,现在正、负级的活性物质的利用率为40%,如果要提高到60%,比能量提高到60WH/KG完全有可能。
加速铅炭电池用炭的国产化,摈弃制备超级活性炭碱活化这种方法,这个碱活化一般是这样做的,有机含碳原料首先要经过热解炭化,得到炭化料,这个炭化料要和两倍到六倍的碱混合,再活化,就得到活化料。活化料想要求经过大量的酸洗、水洗、干燥就得到活性炭,再进行粉碎、再分就得到精细产品。碱活化对设备的腐蚀性很大,对设备和器皿要求很高。用酸洗产生大量的废水,用碱活化制备活性炭,除了成本高,也不环保,所以院士在最近两年创新性的提出了多重造孔法来制备这个铅炭电池的炭。这个方法用高分子原料加上多重的造孔剂热化炭解以后得到多孔碳,进行简单的水系,粉碎就可以得到产品。成本就会大大降低,而且污染问题也基本上会大大降低。另外它可以通过调控多重造孔剂的品种和比例来满足各种需求。
碳材料是铅炭电池的关键材料,美国奥巴马2009年就支持了两种先进铅酸电池的碳材料,一种是铅炭电池,它支持的经费折合人民币2.4亿,另外一种是超级电池,折合人民币是2.3亿。我们国家现在主要是用美国和日本的碳,国产的碳,高品质的碳很少,而且析氢比较重,希望政府支持铅炭电池的用炭国产化,希望企业进一步合力,加速扩大生产。
电动车用锂离子电池安全第一。习总书记指出,发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必经之路。发展的目的是节油(能)、减排。汽车强国必须依靠自主知识产权生产油耗最低、排放最少的电动车。电动汽车是动力电池发展的第一推手,动力性能第一重要的是安全性,不易爆、燃。第二位要求的是循环寿命长,高比功率、高比能量,转换效率高,价格低,耐寒热。第三位要求的是资源丰富,使用方便,易维护。
动力电池中,锂离子电池可谓首屈一指,但是政策对要求的次序不妥。补贴和即将实施的积分,以纯电动里程挂钩,电池的比能量排在首位。为了提高比能量,我们的正级材料三元电池有333、523进而到622、811,不停增加镍的含量来提高电压,这也必然导致热失控温度越来越低。可见电池的比能量越高、安全性越低。认为安全性与比能量无直接关联的说法不对。电池用量越大,安全性更加降低。所以政策舞蹈,安全性沦为次要地位为了提高安全性要多采取措施,成组后的比能量并无优势。
高补贴下发展的纯电动汽车难以市场化,要发展纯电动车,需要解除为大忧:1、里程焦虑,多带电池仍然怕断电,车重,不节电。夏热、冬冷,空调用电严重缩短里程。2、安全焦虑,电池多,比能量高,增加了它的危险性,燃烧和爆炸的事故就多了。3、充电焦虑,充电桩密,投资大,但是仍然存在不能满足要求的情况。我昨天坐深圳的电动车,基本上充电还是要排队的。4、价格焦虑,电池用量大,价格高,竞争力低。5、电池焦虑,电池的寿命要短于整车,第二套电池就要客户自己出钱来买。补贴停止以后,里程越长,原补贴越高的车就会越难卖出去,政策误导的又一后果。
院士主张用好成熟的电池,发展安全节嫩减排的电动汽车。技术路线是以微小型纯电动车为突破口,大中型要发展纯电动驱动的增程式车。微小型纯电动车,用铅酸电池做低速车,也可以用锂离子电池做高速车,由市场决定。增程式电动车用磷酸铁锂电池,解决纯电动车的四大焦虑问题。这些观点都在科学出版社出版的两本文集上有充分的论述。增程式电动车的技术是纯电动车加上增程器,第一代单纯为了增加里程,第二代优化动力系统,电池量减半,节油率做到50%。院士提出了发电直驱电动车,车上装的发动机电不需要经过像前面两代一样,要先给电池充电,它不需要,而是直接驱动电动机。第三代继承第二代的全部优点,节油率大于60%。
有人会说增程式还是燃油,不是最终的目的。这里要注意两个问题:1、如果我们国家汽车的油耗降到一半以下,增程式满足的一半以下,增程式能满足一半以下,年节油率1亿多吨,环境改善,二氧化碳排放减少,能量安全得到提高。我们国家可以由汽车大国变成汽车强国。2、以节能减排为标准,考评技术路线的时候,纯电动车未必是最终的目标。最终的目标很可能不是燃油,而是燃醇的电动汽车。磷酸铁锂安全性好,比功率大,比能量也是够的,铁资源丰富。所以它符合增程式电动汽车的发展。单纯的磷酸铁锂电池单体目前已经做到比能量是140-180,寿命达到3000次。量大的时候,它的价格1WH在1块以下,存储的价格已经降到1WH是1.2元。如果用增程式电动车上,它的电池是半充半放状态,寿命够用,电池用量少,占成本的比例低。江苏公爵新能源汽车公司正在将第三代增程式投产,抵消补贴退坡对电动车的冲击,引领我国电动汽车的新发展。
设想未来可持续发展的低碳化电动车,太阳能给增程式电动车提供全部的能量,光伏发电储能,风力发电,然后夜间储能,用这两个能量可以给动力电池直接充电,生物制得的醇可以作为发电机的燃料。醇又进行重振制的氢可以做成燃料电池的燃料,这是给增程式供电,这样就构成了增程式的电源系统。我们国家有7亿吨的秸秆,可以制1亿吨的醇。像甜高粱糖还有陈粮都可以制醇。锂离子电池全过程的污染,石墨是锂离子的负极。锂离子电池的化学品多,全过程可能都有污染。比如锂离子电池的负极石墨要从含量百分之几的矿里面精选,选取精矿,尾矿堆积如山,废水横流。再从精矿中提取石墨,要用到大量的酸和碱熔,又要产生大量的废水,六氟磷酸锂的制备中用了含氟的化学品,废电池处理中,六氟磷酸锂如果遇到水气,马上变成腐蚀性非常强的酸,最后的固体废物中还有氟化物。另外还有有机溶剂,点极片生产过程中挥发出吡咯烷酮,灌注电解液时、废电池处置中都排出有机蒸气。目前要纠正锂离子电池是绿色的错误观念,全过程的污染必须严控,废电池处置尤应规范。
要继续推进铅酸电池的加力、延寿、环保三大人物。电动汽车要卖得出去,必须减少电池用量,降低车价,而非追求长历程、多装电池,或提高比能量,增加危险性。办法是微小型+增程式。为了应对补贴退坡,应该使用安全性高的磷酸铁锂电池,发展增程式电动车,避开纯电动车的五大焦虑,保证我国电动汽车的持续发展,迈向汽车强国。
(本文根据现场录音整理,未经本人审核)