量電池之力發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)

　　早年間，楊裕生院士曾在茫茫戈壁為我國核試驗奉獻長(cháng)達27年之久，取得了一系列令人矚目的成就?；氐奖本┖?，1998年楊院士謀劃建立了“軍用化學(xué)電源研究發(fā)展中心”并任中心主任。他指導年青人承擔了國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目(863)、科技部電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)項、國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展計劃項目(973)、國家自然科學(xué)基金、國防科技預研基金、軍用“973”以及總裝十五預研等幾十項研究課題，有力地推動(dòng)了我國儲能事業(yè)的發(fā)展。近日，筆者專(zhuān)訪(fǎng)了這位在核技術(shù)和儲能技術(shù)領(lǐng)域均做出過(guò)突出貢獻的學(xué)界泰斗，請他就鉛酸電池目前的發(fā)展狀況、電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展以及儲能技術(shù)的應用和發(fā)展前景闡述其觀(guān)點(diǎn)。

　　筆者：楊院士您好，早年您對我國核試驗技術(shù)的發(fā)展做出了突出貢獻，回到北京后，是在什么樣的機遇下或者您基于怎樣的想法，開(kāi)始投入到高能量密度二次電池以及超級電容器等的研究開(kāi)發(fā)?

　　楊院士：1963年初，我被調到原國防科工委，加入了組建中的核試驗基地研究所，負責籌備蘑菇云取樣和放化分析，在新疆27年。1990年，我58歲的時(shí)候，組織上把我調回北京，在防化研究院第一研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)防化研究所)任研究員。1995年，我當選中國工程院院士，深感自己的責任更加重大。由于國防事業(yè)發(fā)展的需要，1996年我和二室陳煥祺主任共同發(fā)起中國士兵綜合防護系統，我們走訪(fǎng)、聯(lián)合軍內多個(gè)單位，促成了研制立項。士兵綜合防護系統是以提高士兵作戰能力和生存能力為目的、并與高新技術(shù)裝備集成為一體的裝備，包括防彈、防毒等服裝，這樣就影響士兵身體的透氣和散熱，需要再裝一個(gè)微空氣調節器。微空氣調節器耗能高，對電源系統提出了更高的要求。1997年，經(jīng)過(guò)論證，電池的能量密度不能低于300W?h/kg，這是當時(shí)美、日等國計劃2010年要達到的指標，遍訪(fǎng)我國的電池研制單位沒(méi)有一家愿意承擔這個(gè)項目。我想，我們防化研究院是全軍唯一與化學(xué)電源的“化”字沾邊的單位，我們防化研究院義不容辭的接受了這個(gè)任務(wù)。后來(lái)，上級批準了我的請纓，而我當時(shí)是“門(mén)外漢”兼“光桿司令”。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調研和論證后，我認為鋰-硫電池是唯一有希望達到要求的電池，所以選定了這條路線(xiàn)。

　　1998年初，防化研究所的高乃金政委親自出馬去天津大學(xué)動(dòng)員了曹高萍博士，又在中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所以“院士助手”的名義招來(lái)苑克國碩士，這樣由我們三人組成的研究小組就在1998年夏天成立了，開(kāi)始研究鋰-硫電池。歸根結底，我們是“逼上梁山”。

　　筆者：我國鋰-硫電池研究現狀如何，與國外相比還要在哪些方面進(jìn)一步加強?

　　楊院士：現在我們的鋰-硫電池技術(shù)應該說(shuō)做到了國內的較高水平，最近單體3A?h的電池比能量已經(jīng)達到370W?h/kg。國內外不少人認為鋰-硫電池比能量可達500W?h/kg，是電動(dòng)汽車(chē)的下一代動(dòng)力電池，所以已形成了研究熱潮。國內現在研究鋰-硫電池的單位很多，研究所有中國科學(xué)院的化學(xué)所、物理所、大連化物所、沈陽(yáng)金屬所、上海硅酸鹽所，天津18所、上海811所等;學(xué)校有國防科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、清華大學(xué)、武漢大學(xué)、北京理工大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)等，有的大學(xué)甚至有3、4個(gè)鋰-硫電池課題組，還有些企業(yè)也在積極地參與，研究隊伍日益壯大。但是鋰-硫電池要實(shí)際應用到電動(dòng)汽車(chē)中還有相當的距離，電池的指標不單單看比能量，使用壽命和安全性也是十分重要的因素。

　　筆者：您在多種場(chǎng)合提到鉛酸電池的重要性，鉛酸電池作為發(fā)展較早、技術(shù)較為成熟的化學(xué)電源，與其它化學(xué)儲能器件相比有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?

　　楊院士：在我國，鉛酸電池現在屬于“限制發(fā)展”產(chǎn)品，原因是有人說(shuō)它污染嚴重，認為鉛酸電池過(guò)于古老、技術(shù)落后，其實(shí)這些說(shuō)法都不對。燃料電池發(fā)明比鉛酸電池早20年，不是更古老嗎?為什么大力支持?國外鉛酸電池的新技術(shù)發(fā)展很快，美、歐政府的支持力度都很大，而在我國由于近年來(lái)政府對鉛酸電池研究投入不夠，技術(shù)自然而然的也就落后了。這樣一個(gè)價(jià)廉、安全、電性能好的產(chǎn)品，應該發(fā)揮它應有的作用。

　　中國的鉛酸電池要振興，一定要解決兩方面的問(wèn)題。一方面是鉛酸電池生產(chǎn)全過(guò)程的環(huán)保問(wèn)題，尤其是廢電池回收過(guò)程中的污染問(wèn)題一定要解決，現在國家已經(jīng)核準了10家有回收資質(zhì)的公司，后續還會(huì )有3家。同時(shí)要大力推廣回收率高、更加環(huán)保的濕法回收技術(shù)。另一方面就是要突破電池新技術(shù)，提高性能，讓它古老但不落后。我所以倡導舉行鉛酸電池新技術(shù)研討會(huì )，兩年一屆，主要為了交流新技術(shù)，推動(dòng)鉛酸電池發(fā)展。

　　筆者：鉛酸電池近期有何技術(shù)上的進(jìn)步?要想得到更廣泛的實(shí)際應用，哪些問(wèn)題亟待解決?

　　楊院士：要說(shuō)鉛酸電池的新技術(shù)，鉛炭電池是一大進(jìn)步。鉛炭電池就是在鉛酸電池的負極中加入高比表面積的活性炭，電池使用壽命可以延長(cháng)幾倍，放電功率也顯著(zhù)提高，我覺(jué)得這個(gè)技術(shù)應該在中國大力推廣。我們課題組從1999年開(kāi)始研究超級電容器，超級電容器中用到高比表面積的活性炭，又叫超級活性炭，我們在制備這種材料方面有一定的基礎。鉛炭電池和超級電容器所需兩種炭的指標不同，但高比表面積這一點(diǎn)是相同的。把超級活性炭加入到鉛酸電池中，我們和杭州南都電源公司合作，我們負責研制活性炭，他們負責把活性炭加到鉛酸電池中，合作十分成功。一年多來(lái)，我們靠實(shí)驗室的設備，用手工的制備方式已經(jīng)提供了1噸活性炭，南都生產(chǎn)了約200噸鉛炭電池。由鉛炭電池構成的“風(fēng)-光-儲”裝置，已在浙江、新疆建成十幾個(gè)儲能電站。雖然鉛炭電池的比能量沒(méi)有提高，但是它的循環(huán)壽命延長(cháng)、功率提高、安全性高，在儲能電站示范運行中表現良好。鉛炭電池在天津港集裝箱起吊機中應用，將集裝箱下降時(shí)的制動(dòng)能量回收存儲起來(lái);在集裝箱起吊時(shí)，再將儲存的能量提供出去，達到提供尖峰功率和節能的目的，節電率高達40%～50%，并且減輕了對電網(wǎng)供電質(zhì)量的沖擊。在所有的升降電梯中也可使用這種節能技術(shù)。

　　最近它還有一個(gè)新的大用途：國家正在提倡燃油汽車(chē)加裝啟停功能，鉛炭電池比功率高，短時(shí)間的淺充淺放壽命長(cháng)達18萬(wàn)次，是最理想的電源。加裝了啟停功能的汽車(chē)又稱(chēng)微混電動(dòng)車(chē)，對城市的減排和治理霧霾有很大的作用。我國每年汽車(chē)產(chǎn)量達2000多萬(wàn)輛，如果大規模推廣使用此技術(shù)，將會(huì )是一個(gè)很大的市場(chǎng)，僅這一項就需用特種超級活性炭5000噸，產(chǎn)值至少20億元。據說(shuō)，政府打算為每臺安裝啟停功能的汽車(chē)補助3000元，這筆錢(qián)似乎多了一些。

　　鉛炭電池技術(shù)要想得到更廣泛的應用，亟待解決的問(wèn)題是特種超級活性炭的工程化研究與開(kāi)發(fā)，這是一個(gè)典型的“863”課題。但是申請“863”經(jīng)費，項目必須先列入指南，而與鉛酸電池掛鉤的項目，從來(lái)沒(méi)有進(jìn)入過(guò)“863”指南。再有，即使可以申請，例如1000萬(wàn)，要你自籌配套經(jīng)費至少1000萬(wàn)，這對軍隊研究所而言，根本無(wú)從談起!

　　筆者：近年來(lái)，關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)的研究如火如荼，但并沒(méi)有得到大規模的產(chǎn)業(yè)化，您認為原因何在?

　　楊院士：政府曾制定到2015年新能源汽車(chē)要達到50萬(wàn)輛的計劃，現在各種新能源汽車(chē)加起來(lái)還不到10萬(wàn)輛，時(shí)間只剩下一年多了!我覺(jué)得新能源汽車(chē)推廣遲緩有以下幾個(gè)方面的原因：一是沒(méi)有把新能源汽車(chē)發(fā)展的責任加到汽車(chē)企業(yè)身上，著(zhù)急的

　　是政府部門(mén)，汽車(chē)企業(yè)不著(zhù)急，它們不但不著(zhù)急，而且在看哪種車(chē)補貼高就做哪種車(chē)，而不是主動(dòng)考慮發(fā)展適合市場(chǎng)需求的車(chē);二是中國汽車(chē)的企業(yè)沒(méi)有集中精力做出自己的一種拳頭產(chǎn)品，沒(méi)有核心技術(shù)，而是幾乎每家企業(yè)都在做微混、輕混、中混、全混、插電式、純電動(dòng)、增程式，做出來(lái)的一、兩臺樣品只能放在展臺上做展示，不能產(chǎn)業(yè)化。而日本豐田只開(kāi)發(fā)了一種深度混合電動(dòng)汽車(chē)，只做兩種車(chē)型，總銷(xiāo)量就能做到600萬(wàn)輛的規模，主要依靠它的核心專(zhuān)利技術(shù)——“行星齒輪”技術(shù)，就能把節油率提高40%;三是現在國家對汽車(chē)企業(yè)的補貼過(guò)高，補貼標準成了汽車(chē)發(fā)展的風(fēng)向標，導致車(chē)企缺乏社會(huì )責任感，不考慮車(chē)的市場(chǎng)化、產(chǎn)業(yè)化，只關(guān)心補貼的多少，而且高定價(jià)，由政府買(mǎi)單。

　　因此，政府要把發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的指標落實(shí)到車(chē)企，每年要求汽車(chē)總產(chǎn)量中必須有一定比例的電動(dòng)汽車(chē)，而且逐年提高此比例;超額完成任務(wù)目標的企業(yè)給予獎勵，未完成的企業(yè)要受到相應的懲罰，用懲罰的錢(qián)獎勵超額完成的企業(yè)，這樣把責任交給企業(yè)，讓市場(chǎng)來(lái)實(shí)現調節。我相信，這種“補改獎”的機制還能使電動(dòng)汽車(chē)價(jià)格高、續航里程短、充電設備不完善等問(wèn)題迎刃而解。

　　筆者：您在很多場(chǎng)合都提出發(fā)展微小型電動(dòng)汽車(chē)的建議，請您談?wù)勎⑿⌒碗妱?dòng)汽車(chē)與普通純電動(dòng)汽車(chē)以及混合動(dòng)力汽車(chē)相比，有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?

　　楊院士：現在以中國的電池技術(shù)還不足以發(fā)展續航里程較長(cháng)、速度較快的電動(dòng)汽車(chē)，美國的特斯拉是不該復制的模式，它每公里耗電17度，不但不節能，而且浪費能源，一輛車(chē)的耗電量相當于3輛微型電動(dòng)汽車(chē);它的電池用量很大，所以?xún)r(jià)格降不下來(lái)，只有富人買(mǎi)。比亞迪的E6純電動(dòng)車(chē)也如此。輕度、中度混合電動(dòng)車(chē)的節油率只有10%～20%，而重度混合電動(dòng)車(chē)的專(zhuān)利被豐田壟斷。

　　與上述純電動(dòng)汽車(chē)以及混合動(dòng)力汽車(chē)相比，微小型電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)很多：①電池少、價(jià)廉、易推銷(xiāo)，是電動(dòng)自行車(chē)、摩托車(chē)用戶(hù)的升級換代產(chǎn)品，滿(mǎn)足廣大城鎮的市場(chǎng)需求;②技術(shù)積累較好，2013年全國已產(chǎn)20萬(wàn)輛，無(wú)需國家投資可以很快建成幾個(gè)年產(chǎn)20萬(wàn)輛的廠(chǎng);③用220V民用電，可作為晚間用電的“家用電器”，甚至無(wú)需專(zhuān)門(mén)設置充電樁;④每夜的11億多度低谷電，可供億輛小型電動(dòng)汽車(chē)充電，國家還省掉建設調峰電站的大筆投資;⑤節能(6～7kW?h/100km)，減輕城鎮空氣污染;⑥節材，使用、維修方便，可以持續發(fā)展;⑦可充分發(fā)揮鉛酸(炭)電池安全、廉價(jià)優(yōu)勢;⑧有利于緩解城市堵車(chē)、停車(chē)難題。

　　吉林大學(xué)的郭孔輝院士曾做過(guò)計算，用現在鋰離子電池的比能量做汽車(chē)，合理的里程設計在150km左右，這對于大部分上班族使用完全可以了。若要更長(cháng)距離的行駛，增程式更合適，電池用量相當于純電動(dòng)的一半左右，每百公里耗油量不到2.5L，現在已經(jīng)有廠(chǎng)家在試產(chǎn)，但還沒(méi)上線(xiàn)，有待國家政策的引導。

　　筆者：今年中央電視臺3?15晚會(huì )曝光了某些企業(yè)在沒(méi)有整車(chē)生產(chǎn)資質(zhì)的情況下，非法生產(chǎn)銷(xiāo)售低速電動(dòng)汽車(chē)(以鉛酸蓄電池為動(dòng)力的電動(dòng)車(chē))而導致多起事故的情況，對此業(yè)內外人士各執己見(jiàn)。作為我國電池領(lǐng)域的權威專(zhuān)家，您有怎樣的看法?

　　楊院士：我覺(jué)得微型電動(dòng)車(chē)不僅不是個(gè)過(guò)渡品種，還有可能是個(gè)長(cháng)生不老的產(chǎn)品。將來(lái)，人們的思想境界高了，節能環(huán)保的意識強了，會(huì )逐漸舍去豪華的大車(chē)而購買(mǎi)微小型電動(dòng)汽車(chē)。上面已列舉了它的優(yōu)點(diǎn)，山東、江蘇、河北有些企業(yè)做得相當不錯，不但有規模，而且質(zhì)量很好，所以很有市場(chǎng)。

　　中央電視臺3?15晚會(huì )曝光生產(chǎn)質(zhì)量問(wèn)題，十分必要。但是，有的媒體對問(wèn)題的實(shí)質(zhì)不做具體分析，甚至加以引伸、夸大，這就偏離了3?15晚會(huì )的本意而產(chǎn)生副作用了。

　　現在有一些錯誤觀(guān)念：一是認為這種微型電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)含量低，與我們泱泱大國的形象不相稱(chēng)。其實(shí)車(chē)大小跟技術(shù)水平毫不相干，俗話(huà)說(shuō)“麻雀雖小，五臟俱全”，歐、美、日等發(fā)達國家與地區都制定了微型低速電動(dòng)車(chē)的法規，符合其法規的中國產(chǎn)微型低速電動(dòng)車(chē)在歐、美銷(xiāo)得很好，而且利潤不低;二是認為此車(chē)所用的鉛酸電池是有污染的，實(shí)際上鉛酸電池本身是沒(méi)有污染的，現在每一輛燃油汽車(chē)都有一塊鉛酸電池，乘車(chē)人不但沒(méi)有受到污染，而且離開(kāi)了鉛酸電池燃油汽車(chē)就開(kāi)不動(dòng)，為什么鉛酸電池到了微型低速電動(dòng)車(chē)這兒就變成污染的了?中國鉛酸電池產(chǎn)量和美國相當，但是在美國鉛酸電池已不屬于污染行業(yè)了，而為什么中國做不到那么好?關(guān)鍵在政府部門(mén)的政策完善，并加大對涉鉛企業(yè)的監管力度;三是籠統地說(shuō)這種微型電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品不合格，產(chǎn)品是否合格首先要有一個(gè)法規標準，現在政府相關(guān)部門(mén)并沒(méi)有制定微型低速電動(dòng)車(chē)的相關(guān)法規標準，那這種車(chē)何來(lái)的不合格之說(shuō)呢?粗制濫造的車(chē)肯定有，應該照法規標準加以測評和處理，更不能因為一些小企業(yè)的不負責任而把這個(gè)行業(yè)整個(gè)地一棒子打翻;四是說(shuō)這種車(chē)不安全，其實(shí)不是車(chē)不安全，而是交管部門(mén)的監管亟待加強;小城鎮有了微型低速電動(dòng)車(chē)，就要及時(shí)健全交通法規、規定行駛道路，認真貫徹交通規則。如果不與時(shí)俱進(jìn)做好這些工作，又讓沒(méi)有合格駕駛技能的人隨便駕車(chē)上路，導致“馬路殺手”的出現，倒過(guò)來(lái)全怪到微型低速電動(dòng)車(chē)的身上，實(shí)在是不講道理!

　　對于微型低速電動(dòng)車(chē)的發(fā)展，首先政府部門(mén)要管起來(lái)。工信部、發(fā)改委要制定微型低速電動(dòng)車(chē)的標準;用標準來(lái)規范企業(yè)的準入。公安部、交通部的規章制度和監管力度跟上了，企業(yè)生產(chǎn)規范了，這種節能減排、價(jià)格實(shí)惠、出行方便的交通工具就能更好地發(fā)揮它利國利民的作用。

　　交通管理部門(mén)要針對微型低速電動(dòng)車(chē)制定法規，把駕駛培訓、交通規則、上牌照等問(wèn)題明確起來(lái)，如可以規定微型低速電動(dòng)車(chē)不允許上高速、駕駛速度不能超過(guò)50km/h等。

　　筆者：今年春天，北方多地區遭遇連續霧霾天氣，解決如何高效、清潔地利用能源問(wèn)題已迫在眉睫。在節能環(huán)保、可持續發(fā)展的理念下，除了大力倡導電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展外，各種儲能技術(shù)還應該在哪些實(shí)際應用領(lǐng)域、如何發(fā)揮其作用?

　　楊院士：霧霾是一個(gè)比較復雜的問(wèn)題，汽車(chē)對霧霾的“貢獻”到底有多大，一直存在爭論，我也沒(méi)有直接的數據，但通常認為在20%～30%。所以要推廣節能的微型低速電動(dòng)汽車(chē)，這樣耗電量就小了，汽車(chē)對霧霾的“貢獻”也就少了。

　　發(fā)展可再生能源發(fā)電，有利于克服霧霾問(wèn)題?，F在幾個(gè)比較大的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)裝機容量都在千萬(wàn)千瓦級，有“風(fēng)電三峽”之稱(chēng)，內蒙、河西走廊、新疆的風(fēng)力發(fā)電都在此規模。這么大的發(fā)電規模要調節，完全靠?jì)δ芙^非易事?，F在抽水蓄能規模最大，技術(shù)成熟，但是在風(fēng)能資源豐富的地區，一般都干旱缺水，發(fā)展抽水蓄能比較困難;另外，風(fēng)力發(fā)電是瞬時(shí)變化的，抽水蓄能在時(shí)間響應上不易適應。

　　化學(xué)儲能技術(shù)沒(méi)有地域的限制，時(shí)間響應快，在局域的或者分布式的電網(wǎng)上是可以發(fā)揮作用的;還可以將電網(wǎng)夜間的“谷電”儲起來(lái)供白天電力緊張時(shí)使用，對發(fā)電廠(chǎng)、電網(wǎng)肯定有利，對蓄電站和用電戶(hù)也可能有利。

　　我之前寫(xiě)過(guò)一篇文章《規模儲能裝置經(jīng)濟效益的判據》，推導了儲能經(jīng)濟性的公式，涉及到7個(gè)指標，包括電的進(jìn)出價(jià)格、能量效率、電池的使用壽命、建設費用、維護費用等，某種儲能技術(shù)是否能保本，一代入這個(gè)公式便一目了然?，F在全釩液流電池的能量效率大概能做到70%左右，跟抽水蓄能效率相當，鋰離子電池能做到90%，原先的鉛酸電池在70%～80%，而現在的鉛炭電池也能做到90%，比大多數物理儲能技術(shù)的能量效率高得多。使用壽命也不可輕視，循環(huán)1萬(wàn)次的電池使用

　　成本，要比循環(huán)5000次的電池低一半。另外，政府應該拉大峰谷電價(jià)差，夜里的電價(jià)要盡量便宜，這樣峰谷電價(jià)差大了，鼓勵人們盡量用掉夜間剩余的電，儲能企業(yè)也可不虧本運行。所以?xún)δ苄袠I(yè)要發(fā)展，不僅牽涉到技術(shù)問(wèn)題，也牽涉到國家政策問(wèn)題，需要政府、企業(yè)、科研人員一起努力。

　　人物簡(jiǎn)介

　　楊裕生，1932年出生于江蘇省如皋縣。1952年畢業(yè)于浙江大學(xué)化工系。1963—1986年，在核試驗基地研究所歷任室副主任、主任、副研究員、副所長(cháng)、所長(cháng)。1987—1990年，任核試驗基地科技委主任、研究員。1988年9月被授予少將軍銜。1990年10月至今，任防化研究院研究員、科技委委員。兼任西北核技術(shù)研究所研究員和浙江大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京科技大學(xué)等校教授。1995年5月當選為中國工程院院士。他創(chuàng )建了我國核試驗煙云取樣和核武器威力與性能的放化分析診斷技術(shù)，主持完成20多次核試驗的取樣分析任務(wù)，提供的大量測試結果成為驗證和改進(jìn)武器設計的直接依據，獲國家發(fā)明二等獎2項。1998年轉入電池領(lǐng)域研究，籌建了我軍唯一的化學(xué)電源實(shí)驗室，從事高能密度二次電池、超級電容器、鉛炭電池等的研究開(kāi)發(fā)，是中國鋰-硫電池的開(kāi)拓者。