面向2035年，展望中國(guó)新能源汽車(chē)技術(shù)路線

新能源汽車(chē)發(fā)展十年來(lái)，恰逢鋰離子電池能量密度從100Wh/kg提升到300Wh/kg，價(jià)格從5元/瓦時(shí)降低到現(xiàn)在最低0.8元/瓦時(shí)，實(shí)現(xiàn)了蓄電池領(lǐng)域百年來(lái)革命性突破。

純電動(dòng)市場(chǎng) 2025年或迎來(lái)轉(zhuǎn)折

我認(rèn)為，鋰離子電池有望成為車(chē)用電池主流技術(shù)。從轎車(chē)角度來(lái)看，體積能量密度比重量能量密度更加重要，鋰離子電池在體積能量密度具有優(yōu)勢(shì)，其他高比能量電池在這方面還無(wú)法和鋰離子電池競(jìng)爭(zhēng)。

當(dāng)然，隨著比能量的提高，安全事故成為當(dāng)前新能源汽車(chē)發(fā)展的致命隱患。安全事故的本質(zhì)是電池?zé)崾Э?，有機(jī)械原因、電的原因、熱的原因等等，單體電池出現(xiàn)熱失控還不是致命的，關(guān)鍵是會(huì)引發(fā)整個(gè)電池系統(tǒng)熱失控蔓延，從而發(fā)生事故。

清華大學(xué)電池安全實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)近十年研究，發(fā)現(xiàn)高比能量動(dòng)力電池三種主要熱失控機(jī)理：第一種是負(fù)極析活性鋰;第二種是隔膜破壞導(dǎo)致內(nèi)短路引發(fā)熱失控;第三種是高比能量電池正極釋活性氧，析氧溫度隨著比能量提升在下降。

第一種機(jī)理和第二種機(jī)理防控主要是預(yù)防誘因，內(nèi)短路要通過(guò)電池管理手段提前預(yù)防，電池管理系統(tǒng)要升級(jí)為新一代以安全為核心的電池管理。第三個(gè)機(jī)理是高鎳三元正極材料出現(xiàn)之后，釋氧溫度下降的問(wèn)題。核心解決方案是要從單體電池設(shè)計(jì)著手。

總之，鋰離子動(dòng)力電池?zé)崾Э氐闹鲃?dòng)防控是可以解決電池安全問(wèn)題的。電池?zé)崾Э丶仁怯绊戨妱?dòng)汽車(chē)可持續(xù)發(fā)展的生命線，也是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和品牌塑造的主旋律。

根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線》預(yù)測(cè)，我國(guó)2030年新能源汽車(chē)市場(chǎng)占有率目標(biāo)是45-50%，中國(guó)已走在全球的前列。

目前一個(gè)革命性變化是高功率密度、極小體積電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)給整車(chē)設(shè)計(jì)帶來(lái)革命性機(jī)遇。

據(jù)此，我對(duì)中國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)化路線圖大體預(yù)測(cè)是：2025年新能源汽車(chē)會(huì)出現(xiàn)性價(jià)比的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，迎來(lái)產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的新局面。

氫燃料電池商用車(chē) 三大瓶頸阻礙氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展

關(guān)于氫能燃料電池汽車(chē)，我認(rèn)為，凡是純電動(dòng)汽車(chē)能干的事，就不要用燃料電池汽車(chē)，因?yàn)樾约颖群茈y競(jìng)爭(zhēng)。氫燃料電池更適合取代柴油機(jī)，鋰離子電池動(dòng)力系統(tǒng)更適合取代汽油機(jī)。

我國(guó)是燃料電池商用車(chē)較為領(lǐng)先的國(guó)家，實(shí)際運(yùn)行的燃料電池商用車(chē)約2000輛。近幾年燃料電池進(jìn)展非?？欤る姌O、電堆、發(fā)動(dòng)機(jī)全產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)打通，全球資源正向中國(guó)匯集。

面向2035年，氫能燃料電池汽車(chē)首先需要解決氫氣供應(yīng)問(wèn)題。因?yàn)樯逃密?chē)和乘用車(chē)所要求的氫用量差別很大，一輛乘用車(chē)每年需要補(bǔ)給150公斤氫氣，但是一輛7.5噸的商用車(chē)需要補(bǔ)給2噸氫氣，一輛12米的大客車(chē)每年需要補(bǔ)給4噸氫氣，一輛49噸的大卡車(chē)每年需要補(bǔ)給10噸氫。

其次，加氫站占地面積大。商用車(chē)本來(lái)體積就大，加氫時(shí)還有安全距離，單站服務(wù)車(chē)數(shù)僅為乘用車(chē)的1/3。比如我國(guó)一個(gè)加油站可以滿足1650輛乘用車(chē)，但是商用車(chē)只能滿足300多輛車(chē)，二者差別很大。

再次，氫燃料電池商用車(chē)商業(yè)化的瓶頸是運(yùn)氫、車(chē)載儲(chǔ)氫和氫能加注。因?yàn)樯逃密?chē)對(duì)燃料成本非常敏感，耗氫量大，這就意味著車(chē)載氫瓶多，車(chē)載氫瓶在動(dòng)力系統(tǒng)中體積最大，同時(shí)車(chē)輛安全也更為敏感。

目前國(guó)內(nèi)氫氣的運(yùn)輸方式以長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)氫為主，一輛30噸的大卡車(chē)儲(chǔ)裝300-350公斤氫氣，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)，這無(wú)法支撐氫能大規(guī)模發(fā)展。

現(xiàn)在全球氫液化工廠的總能力為15-20萬(wàn)噸，2035年可能需要200-300萬(wàn)噸。液態(tài)管道運(yùn)儲(chǔ)氫氣雖然有優(yōu)勢(shì)，但是關(guān)鍵部件依賴(lài)進(jìn)口，工程建設(shè)周期較長(zhǎng)，總體儲(chǔ)運(yùn)能力不夠。

再就是車(chē)載儲(chǔ)氫瓶，35MPa氫氣可以支撐城市公交行駛250公里左右，可以支撐中級(jí)物流車(chē)行駛300公里左右;70MPa氫氣可以支撐城際客車(chē)400公里左右，可以支撐重型物流車(chē)500公里左右。車(chē)載液氫和深冷氣氫技術(shù)還要繼續(xù)探索之后，才能判斷是不是具有大規(guī)模應(yīng)用的可行性。

另外，加氫站也是發(fā)展的瓶頸之一。目前全球共有360座加氫站，絕大多數(shù)是小型站，單站最高每天加注約1.25噸。其中，中國(guó)16座，每天總加氫能力8噸，每個(gè)站約500公斤。

現(xiàn)在張家口加氫站是全球加注能力最大的加氫站，每天加注約1.5噸，為張家口市50輛公交客車(chē)提供加氫服務(wù)。

綜合考慮各種因素，如果單站服務(wù)車(chē)輛全是中重型商用車(chē)，那么加氫站的車(chē)數(shù)上限約是100-200輛。進(jìn)一步提高動(dòng)力系統(tǒng)效率，降低車(chē)的氫耗成為眼下當(dāng)務(wù)之急。

我預(yù)測(cè)到2020年，我國(guó)氫燃料電池汽車(chē)?yán)塾?jì)推廣5000輛;到2025年，車(chē)輛規(guī)模約達(dá)到5-10萬(wàn)輛?，F(xiàn)在關(guān)鍵問(wèn)題是如何突破瓶頸，從5-10萬(wàn)輛上升到100萬(wàn)輛，最終把各城市連接起來(lái)形成全國(guó)效應(yīng)。

減碳加氫 構(gòu)建能源交通一體化體系

《巴黎協(xié)定》確立了將全球平均氣溫較工業(yè)化前水平升高幅度控制在遠(yuǎn)低于2℃的目標(biāo)，并為1.5℃溫控目標(biāo)度而努力。為此，我國(guó)相關(guān)規(guī)劃明確提出煤炭排放2020年達(dá)峰，石油排放2025年達(dá)峰，到2030年左右碳排放總量達(dá)峰。

我們要靠電動(dòng)汽車(chē)和可再生能源結(jié)合來(lái)解決問(wèn)題，尤其是推廣普及電動(dòng)汽車(chē)與分布式可再生能源結(jié)合，構(gòu)成未來(lái)能源交通一體化系統(tǒng)。

以電動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模應(yīng)用的能源消費(fèi)革命，推動(dòng)以太陽(yáng)能電池為代表的能源生產(chǎn)革命。除了動(dòng)力電動(dòng)化，整車(chē)智能化和能源低碳化也應(yīng)該協(xié)同互動(dòng)。能源也有網(wǎng)聯(lián)化和共享化，電動(dòng)汽車(chē)可以構(gòu)成移動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)。

最后總結(jié)一下，展望2035年，新能源汽車(chē)將從目前的電動(dòng)汽車(chē)初級(jí)階段，經(jīng)歷新能源和智能化雙向并行發(fā)展，進(jìn)入新能源智能化電動(dòng)汽車(chē)新時(shí)代。

（本文是中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高確認(rèn)稿件，文章內(nèi)容有所刪減。）