电池革命如何重新“定义”汽车？

自从锂离子电池于1990年发明以来，约翰·古德斯沃、斯坦利·惠廷翰和吉野·阿基拉获得了2019年诺贝尔化学奖。30年后，一项发明逐渐进入人类社会生活的方方面面。锂技术是电动汽车、手机、笔记本电脑、数码相机、电动自行车等不可或缺的。目前，中国新能源汽车市场已成为世界上数量和增量最大的市场，电动汽车的“油箱”备受关注。那么，电池技术将如何促进汽车工业的进步，使人们旅行更加方便和安全呢？

周野/照片摄于“科学麻辣烫”第四阶段

12月3日，“科学麻辣烫”第四阶段在北京举行，主题是“电池革命如何重新定义汽车”。这项活动是由中国科学部的协调和宣传部门发起的。活动邀请了北京工业大学材料学院教授陈仁杰；何，北京工业大学机械与车辆学院教授；和全国废弃化学品处理标准委员会委员林晓与媒体讨论电池革命对汽车工业发展的影响。

北京工业大学材料学院陈仁杰教授和周野教授/照片

北京工业大学机械与车辆学院何教授/照片

林叶，国家废物化学处置标准委员会委员/照片

电动汽车能持续更长时间吗？

“走出不了多远”，电动车的电池寿命一直困扰着用户。陈仁杰说，科学家们一直致力于提高电池的“功率”，开发具有更高能量密度的电池系统。从铅酸电池、镍镉电池到当前的锂离子电池，电池材料不断变化，电池的能量密度不断提高。

"与现有的锂离子电池相比，锂硫电池可以达到更高的能量密度."陈仁杰说，他的研究团队目前正在开发一种高性能电池系统，使用新材料来提高电池的能量密度、循环性能、功率特性和安全性。

除了使用新材料之外，通过充放电管理，电池可以变得更加耐用。何弘文表示，鉴于动力电池组的“桶效应”和充放电结束时的“扫帚效应”，动力电池系统的性能不仅取决于单节电池的性能，还取决于加强动力电池组的能源、安全和耐久性管理。

弘文提出，基于模型和数据驱动的方法通常用于估计动力电池系统的管理状态量。通过建立高精度的电池模型，采用先进的估计算法，引入状态反馈校正，可以有效保证电池状态量的估计精度。

电动汽车的电池能更安全吗？

汽车电池着火的消息经常出现在报纸上，电池的安全也是消费者关心的问题。

电动汽车虽然暴露了一些安全隐患，但可以从安全动力电池材料体系和动力电池安全管理方面解决问题何弘文表示，中国率先建立了新能源汽车三级监管平台，积累了良好的第一手数据。目前，业界还在从动力电池安全风险在线评估、异常性能单体预警管控、车辆安全防护系统设计等方面构建安全保障体系，以提高电动汽车的安全性能。

"锂离子电池的可燃性主要与电解液有关."陈仁杰说，电池的制造过程和安全管理已经有了很大的改善，但液体电解质仍在使用。将来，可以开发固体电解质系统来提高电池的安全性。

陈仁杰认为，提高电池的安全性可以从两个方面入手，一方面是电池材料的优化和改进，另一方面是电池结构和制备工艺的改进。

“大数据、云控制和智能为改进动力电池的安全管理提供了一个新的起点。”弘文表示，通过升级安全电池材料系统和辅助智能动力电池管理，动力电池系统的安全性能可以进一步提高。

如何应对即将到来的废电池浪潮？

随着越来越多的电动汽车投入市场，废旧电池的处理成为一个难题，快速发展的新能源产业也面临着电池报废的浪潮。“2018年，中国报废电池将达到约6000吨，三年后将达到20-30万吨，这对于工业解决方案来说尤为紧迫。”林晓表示，如果废弃电池留在城市里，会有污染和安全风险，必须回收废弃电池的资源来解决这些风险。

在过去的十年里，电池的价格已经下降到原价的十分之一，这意味着电池材料中的金属价格接近电池的成本价。林晓说，通过电池回收，利润可以基本实现，但更成熟的工业解决方案仍需探索。锂离子电池的回收利用技术在传统消费领域已经建立，但是动力电池的材料和系统不同，需要更多的研究和开发来解决这个问题。

"废电池在处理前不应该用旧的污染方法处理."陈仁杰说，在设计和制造电池时，有必要选择一些对环境非常友好的绿色电池材料。同时，有必要考虑电化学性能，建立绿色电池体系。通过再设计、再利用和循环利用，电池的绿色指标才能真正实现。

"汽车电气化是国际公认的发展趋势."何弘文认为，电池的技术革命已经开始，对新型电池的需求也在不断增加，这将推动电池技术及其系统集成、管理和控制的新变化。

“科学麻辣烫”活动是由中国科学技术出版社协会和Guangming.com创建的科学家和媒体对话的全媒体平台。活动聚焦科技前沿话题和热点事件，邀请专业协会、知名科学家和科普专家与主流科学媒体的编辑和记者见面，消除疑虑，回应关切。活动吸引了30多名媒体记者参加，Guangming.com、新浪科技和今日头条同步直播了活动。