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为电动汽车寻找长续航方案

寻找电动车长续航方案,成为全球科技研发的重中之重。科研人员相信,到2018年,纯电动汽车的续航里程,能够比现在翻一倍.

时下红火的特斯拉再次让电动汽车成为全球关注的焦点。尽管一时风靡,但至今依然难以走进“寻常百姓家”。究其原因,最重要的一条还是它的续航里程和相较传统汽车差距较大。寻找电动车长续航方案,成为全球科研人研发的重中之重。

中科院物理所有一支这样的团队,他们正在致力于通过纳米技术,提升电极的能力密度,最终让新能源汽车续航能力成倍提升。

在他们看来,下一代高能量密度、高安全性的全固态锂电池、锂硫、锂空电池技术,或许将让电动汽车真正取代传统汽车。

先发优势

记者了解到,物理所在锂电池方面的研究由来已久。中国工程院院士陈立泉介绍说,上世纪70年代末留学德国马普协会固体所时,他在无意中发现,有同事在神秘地鼓捣着纽扣大小的电池。“他们搞的是氮化锂,他们对我说,别看它很小,将来可了不得,能够用它作为动力驱动大汽车。”和锂电池的第一次接触后,陈立泉被深深吸引了。随后他改学锂电池,学成归国后,就开始在中科院物理所搞起了研究。“当然,后来我才知道,其实是被德国人忽悠了。那么小的电池,想驱动大汽车现在看来还是不可能的。”陈立泉笑着说。

据物理所研究员李泓介绍,2009~2014年,中国科学院发表的锂离子电池的研究论文在全世界机构排名中每年均位居世界第一, 而且比例在不断提高。物理所作为全球最早开展锂离子电池纳米材料研究的研究单位,在世界上首次提出锂离子电池纳米Si负极材料,获得系列材料发明专利的授权。“可以说,我们搞长续航锂电池还是有先发优势的。”李泓说。

同时,物理所还有着锂电池研发的优势设备。在一楼的实验室内,记者看到,科研人员正在操作一台电子显微镜对样品进行分析,通过电脑屏幕显示,样品中锂原子的大小、形状等表征一清二楚。“别小看我们这台显微镜,这是世界上第一台能够在原子尺度看清楚锂原子的仪器。在这之前,搞锂电池研究的人实际上都无法在镜头下直接观察到锂原子。”研究员谷林告诉记者。

在三楼的电池组装实验室内,科研人员利用专用的手套箱,将两只手通过手套伸入组装箱内,对锂电池充放电前后的极片进行半原位的检测。尽管看上去颇有些笨拙,但他们仍然一丝不苟地通过玻璃窗查看手上的材料。“锂金属对空气很敏感,因此对于锂电池的研究需要在惰性气氛或真空中研究。”科研人员介绍说。

集中攻关

动力电池的研发面临激烈的国际竞争,目前锂离子电池的生产制造日、韩、中占据了全世界超过98%的比例。中国在下一代电池研发上面临的形势十分严峻。如果没有合理的布局,扎实系统的基础研究,难以想象我国能仅靠廉价的劳动力与原料在今后的电池产业占得优势地位。

李泓告诉记者,高能量密度锂离子电池以及下一代电池技术研究难度较大,迫切需要国家组织优势力量,集中攻关,促进关键的原始创新,解决瓶颈技术。目前,科学院组织了拥有多年锂离子电池材料与系统研发经验的团队和科学家,集中目标,通过战略先导项目,联合企业,针对能量型动力电池实际应用需要解决的关键技术与关键科学问题进行攻关。

“我们致力于突破新一代锂电池的材料及器件瓶颈技术,实现具有自主知识产权的纳米结构材料的规模化制备和产业化,动力电池系统实现演示示范,使目前的纯电动汽车续航里程提高一倍以上,解除动力电池安全性隐患。”李泓说。

为了尽快实现产业化目标,物理所以及其他科学院研究单位目前都已和企业开展了合作,进行多种材料的中试研发。动力电池主要依托于苏州星恒电源有限公司制造动力电池,该公司动力电池已通过欧洲严格的认证,进入法国市场。“我们正在与正极材料、隔膜、导电添加剂、动力电池、电动汽车方面的国内其他优势企业建立合作关系,希望能协助提升整个产业链的竞争力。”他表示。

据介绍,在纳米硅负极材料研究方面,目前物理所已与国内企业合作,完成纳米硅碳负极材料10kg级中试,年底预计实现100 kg级中试,其综合技术指标已通过评测,“相信能够很快进行投产,能使现有锂离子电池能量密度提高10%~20%”。李泓说。此外,采用纳米涂层技术的高能量密度锂离子电芯也已通过安全测试。在下一代锂电池研究方面,中科院长春应用化学研究所的研发团队还研制成功51安时的锂空气电池组,能量密度达到380 Wh/kg,“这一方面的研究,此前国际上从未有过报道,是我国完全原创的成果”。采用纳米材料的锂硫电池和全固态锂电池,也取得了重要的进展。

“我们相信,通过科学家的努力,到2018年,纯电动汽车的续航里程,能够比现在翻一番。届时,相信会有更多的人使用新能源汽车出行。”李泓这样表示。

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