锂电池之父获诺贝尔奖 锂电池与汽车究竟擦出了什么样的火花

原标题:锂电池之父获诺贝尔奖 锂电池与汽车究竟擦出了什么样的火花

图|部分来源于网络 文|白昊天 责编|彭钊

[搜狐汽车·E电园] 日前,2019年诺贝尔化学奖被颁发给了美国科学家John B. Goodenough(以下简称约翰)、英国科学家M. Stanley Whittingham(以下简称斯坦利)和日本科学家吉野彰三人,用以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。这三位科学家与锂离子电池有什么样的“不解之缘”?锂离子电池对我们生活有什么样的影响?对汽车行业又做出了什么样的贡献?搜狐汽车·E电园与您一同了解锂离子电池的“前世今生”。

[ · 太学术的话太乏味,我们简单总结了这三位科学家与锂离子电池之间的关系 ]

1976年,斯坦利提出了锂电池概念,还顺便造出了可以充放电的锂电池,电压超过2V(那个时候已经表现不错了),但是安全性有很大问题。我们可以将他看作:开创者

1980年,约翰研究出了钴酸锂电池。这个电池的电压比M研究出来的锂电池高了一倍(4V)。这个钴酸锂电池在完善后现广泛应用于手机与笔记本电脑等便携设备。在汽车上,一些混动汽车也采用了钴酸锂电池。但钴酸锂的成本相对高、容量相对有限,没有广泛应用于汽车产品上。我们可以将他看作:奠基人

1985年,吉野彰在约翰的成就上,用更安全的锂离子替代了纯锂,发明了采用碳材料做负极的锂离子电池,从而让锂电池获得了更高的稳定性,使商业化成为了可能。我们可以将他看作:商业化的推动者

1991年,索尼将锂电池推向市场;1992年,日产汽车开始研发纯电动车聆风;1996年日本开始销售首款纯电动产品PRAIRIE JOY。

1997年,约翰又研发出了现在在电动汽车上普遍使用的磷酸铁锂电池雏形,而后随着锂电池的安全性不断提升(如负极应用人造石墨、三元锂电池开发),在政府的引导下,锂电池开始成为了新的汽车能源。

在三位科学家的贡献下,锂离子电池以相对安全、成熟的形式来到了我们的生活中,我们的生活也发生了巨大的变化。在汽车领域,锂离子电池似乎也具有了“革命性”的意义。

[ · 全球各国为什么要推动电动汽车发展? ]

我们知道,内燃机已经发展了近百年,汽车的动力形式基本没有太大变化。尽管运转效率越来越高,但尾气排放造成的环境污染与温室效应不容乐观。绝大多数科学家与研究机构已经确认地球正在不断变暖,大量燃油汽车排放了大量温室气体也是主要影响源之一。如果可以替换更加环保低碳的动力能源,将有效减少大气污染与温室气体排放。用新能源汽车“减排”成了许多国家的新目标。

电池、氢燃料、甲醇燃料等多种新动力形式进入了人们的视野。这些燃料电池在行驶过程中都有很好的节能减排表现。但由于生产研发成本、燃料站建设等多种原因,“随手可得”的电能成为了大家心中的“最合适的人”。

随着高能量密度、高稳定性的车规级锂电池的出现(跑得远、还安全),电动汽车在续航、动力、安全性上都有了显著提升。再加上不断降低的电池成本,电动汽车行业被政府认可,几近呈现井喷式的增长。

除此之外,在我国,国家能源安全(我国70%的石油、30%的天然气来自于进口,能源安全形式十分严峻)不可忽视。“燃煤发电”是我们富煤国家在能源安全方面更好的选择。锂离子电池也顺理成章地成为了我们中国人民的好朋友。

[ · 三位锂电池之父拿了诺贝尔奖 锂离子电池汽车的春天就来了吗? ]

产品的发展是以消费者的需求为导向的,不是谁拿了奖就能火起来的,就像拿奖拿到手软的文艺片票房永远不及爆米花电影。作为新生事物的锂离子电池汽车也并非完美的。锂离子电池,或者说车规级动力电池,也有不可避免的争议存在,其发展之路也并非坦途。让我们一一道来。

1.核心问题:锂电池汽车是否能降低全生命周期的碳排放仍无定论

什么是全生命周期碳排放?就是电动汽车从生产、使用到报废(从出生到死亡产生)的碳排放量。尽管在车辆行驶过程中电动汽车的碳排放是0,但我国是富煤国家,用煤炭发电时、在电池生产环节、在电池未来的报废降解环节的碳排放与污染应当如何计算?根据中汽研的一份报告显示,在生产制造环节,电动汽车生产所造成的碳排放时远高于燃油车的。

回收环节,我国尚未建立统一标准,且不说动力电池梯次利用应当如何对接企业与企业,就连电动汽车的电池所有权转移问题都尚未得出定论。尽管诸如北汽鹏龙、铁塔等公司开启了电池梯次利用的项目,但如何确保电池寿命、发生安全问题又如何保障等问题都还亟待解决,而回收再利用也是未来在有限资源下不可避免的问题。诺贝尔化学奖得主吉野彰(吉)也在日前表示,回收电池是电动汽车发展的关键。

能源方面,根据国家科技部 863 计划电动汽车重大科技专项特聘专家王秉刚教授的说法,火电厂的环保问题已经在国家政策下得到了有效改善,但燃烧煤炭必然会造成一定程度的污染,如果是使用清洁能源发电,那么环保节能是必然的。全生命周期的碳排放必须纳入考量。

2.电池安全问题难以根治预防

我们都知道燃油车燃烧多数时间是在温度过高或发生剧烈碰撞的时候,而锂电池的安全问题则很难把好脉。清华大学欧阳明高教授团队对锂电池自燃做出过总结,其中热失控是最难控制、预防的。由于热失控的原因较为复杂,我们简单理解为,电池内部工作系统仍不稳定,车企常规检验电池发生自燃概率的技术不全面,会导致电池热失控的问题发生。现阶段技术主要集中在热失控后如何切断可燃物与高温的连接上,有企业推出了应对电池短路,使正极蒸发的技术,但并不能解决所有电动车自燃问题。

还有就是碰撞安全,尽管多数车企将车身对电池包的保护不断提升,但动力电池一但遭受撞击破损,会比燃油车更快地起火、乃至爆炸。还有电池变形后没有发生自燃,过了一段时间却突然着火,这样的潜伏期令人更加担心。

3.对于消费者切身利益来说,选择电动汽车的理由仍不充分

由于锂电池成本问题,同样式A级的电动汽车比燃油车价格贵上3万元左右,但电池的使用寿命又不及发动机与变速箱。虽然在使用成本方面电力比燃油便宜了不少,但对于非运营(滴滴出行)的消费者来说,日常使用并不能轻易把3万元的差额补齐。

除了价格,续航里程、充电桩分布、电池衰减以及保值率都是令消费者担忧的问题。根据亿欧开展的新能源汽车保值会上讨论显示,电动汽车二手车保值率问题并不能妥善解决。为什么?电池的续航衰减是人们最大的担忧。除了政策限制与网约车运营外,消费者购买电动汽车的动力仍然不足。宝马高管甚至说出了:“人们并不愿意购买纯电动汽车。”的评论。

总结:

尽管对于锂电池电动汽车的发展前景与存在的问题仍有争议,但三位科学家真的通过这项技术改变了我们的生活。仅从手机、电脑上的贡献,他们获得的荣誉就实至名归。但在电动汽车领域,仍然存在一系列的问题。

我们知道国家能源安全、全球变暖都关乎每个人的生活,但实际上又离柴米油盐酱醋茶的我们的生活很远。消费者们更关注的是能不能买到称心如意的产品,就像锂电池的手机、电脑,大家现在人手一部,也希望未来搭载锂电池的电动汽车能够在街头巷尾称为人们津津乐道的好产品,而不是政策扶植下的宠儿。

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