孙世刚院士：新能源车要冲破电化学的“城墙口”

“能源是制约我国未来发展的最重要问题之一。2018年，中国原油产量加上净进口量达到6.3亿吨，对外依存度为69.8%。燃料汽车能继续快速增长吗？不可能！”中国工程院院士、国家固体表面物理化学重点实验室学术委员会主任、厦门大学教授孙世刚近日在昆明云南科学讲堂发表演讲时如是说。

根据国家统计局和*部的数据，中国汽车销量惊人，连续十年位居世界第一。2018年，中国机动车总数达到3.27亿辆，成为化石能源的“主要消费者”。同年，新能源汽车数量为261万辆，居世界第一，但仅占机动车总数的0.8%。

根据该计划，中国到2020年将拥有500万辆新能源汽车，到2030年将拥有8000万至1亿辆。“就速度和规模而言，我们的电动汽车是世界上最快的，但它们仍落后于计划。电动汽车的重要性越来越突出。为什么他们的发展仍然相对缓慢？电池性能是电动汽车发展的主要瓶颈！”孙世刚院士表示，电动汽车与燃油汽车的竞争焦点在于速度、续航里程、可靠性和价格。增加电池能量密度是降低电池自重和提高续航里程的关键。

目前，新能源汽车电池主要分为两类:电化学储能和电化学能量转换，通常称为可充电电池或二次电池，以及燃料电池。按照目前的路线，锂离子电池更适合替代汽油发动机，而氢燃料电池更适合替代柴油发动机。一般来说，一辆汽车加一次油可以行驶500公里。为了达到这个目标，新能源汽车要求电池的能量密度高达500瓦时/千克。相应的电极容量对于正极材料大于250毫安/克，对于负极材料大于1000毫安/克。

孙世刚院士说:“这看似简单，但有许多前所未有的技术问题需要逐一解决。”一般来说，电池的能量密度取决于正负材料的能量容量，其功率密度取决于正负材料的倍率性能，其使用寿命取决于正负材料的循环性能。然而，电动汽车的迅速发展，规模储能，5G，人工智能等。对蓄电池提出了越来越高的要求。有必要进一步突破正负材料的壁垒，形成不同能量和功率的锂离子电池，以满足电池高能量密度、高功率密度、高安全性、长寿命、宽工作温度和低成本的要求。目前，锂硫电池和锂空气电池将成为下一代锂电池的首选，钠电池也将成为储能电池的重要替代品。

就燃料电池而言，还有许多困难的问题需要解决，因为不仅电动车辆，而且各种地面发电站、偏远地区的能源、医疗电源(如心脏起搏器)和移动通信办公室都依赖于燃料电池。目前，提高汽车燃料电池的性能和铂族金属作为催化材料的利用率是最大的挑战。铂族金属稀缺而昂贵。进一步改善催化剂表面结构和性能是一条重要途径。目前，固体表面物理化学国家重点实验室和云南贵金属研究所等单位正在加紧研究。此外，非贵金属催化剂的发展也是大势所趋。

孙世刚院士也认为，基础设施建设也是新能源汽车发展的一个重要挑战。到2018年底，我国将建成72.8万个公共充电站，但建设速度仍远远落后于新能源汽车的增长速度和需求。同时，根据中国汽车工程学会发布的“节能与新能源汽车路线图”，到2020年，将有100多个燃料电池加氢站。到2025年，将有超过300家，但截至2018年9月，只有23家在运营，26家在建。施工速度慢和成本高是主要原因之一。目前，建设一个每天可装载200公斤氢气的加氢站不包括土地成本，需要800万至1000万元人民币。

在接受《科技日报》记者专访时，孙世刚院士还强调，迫切需要开发具有自主知识产权的新型电化学能源材料、新体系、新机制和新理论。现阶段，我国已经规划了重点布局，设立了许多重点研发项目，并在最关键的领域投入了资金，包括电池、电子控制系统等。在这个过程中，人才也在不断提高。此外，全球新能源发展形势非常迅速。企业作为市场竞争的主体，应该瞄准一个方向，坚持解决关键问题，害怕失败，一个一个解决问题。