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行業(yè)峰會

【論壇回顧】陳立泉院士:海陸空全方位開拓動力電池應(yīng)用新藍(lán)海

佚名2024-09-22
陳院士在本次報告中提到,隨著動力電池技術(shù)的不斷進(jìn)步,一幅覆蓋海陸空全領(lǐng)域的動力電池應(yīng)用新藍(lán)圖已經(jīng)初具雛形,從陸地交通的電動化開始,到近幾年火熱的低空經(jīng)濟(jì),再到電動船舶,面對動力電池產(chǎn)業(yè)的內(nèi)卷現(xiàn)狀,電動飛機(jī)和電動輪船等新興應(yīng)用場景的出現(xiàn)為行業(yè)帶來了新的增長點(diǎn)。

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2024中國電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇暨能源學(xué)人產(chǎn)學(xué)研大會現(xiàn)場


“深圳對我來說是一個福地,50年前有機(jī)會從深圳到日本訪問,改變了我人生的軌跡?!?/em>

在9月10日的2024中國電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇暨能源學(xué)人產(chǎn)學(xué)研大會上,中國工程院院士陳立泉道出了他與深圳的不解之緣。1974年大年初一,陳院士首次踏上深圳的土地,那時的深圳,還只是一片亟待開發(fā)的熱土,遠(yuǎn)沒有今日的繁華與喧囂。之后,他從深圳赴日本訪問一個月,發(fā)現(xiàn)中國科技離國際相差甚遠(yuǎn),兩年后陳立泉院士又赴德國從事晶體生長研究,發(fā)現(xiàn)超離子導(dǎo)體可應(yīng)用于全固態(tài)鋰電池,他隨即轉(zhuǎn)向固體離子學(xué)?;貒?,他在物理所創(chuàng)立固態(tài)離子學(xué)實(shí)驗室,推動學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng),倡導(dǎo)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,與企業(yè)共建中試線。歷經(jīng)波折,最終建成規(guī)?;a(chǎn)線,實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的規(guī)模化生產(chǎn)。如今,中國鋰電行業(yè)已實(shí)現(xiàn)從跟跑到并跑的跨越,正向著領(lǐng)跑全球的目標(biāo)邁進(jìn)。而深圳,也成為了全球矚目的新能源高地。

陳院士在本次報告中提到,隨著動力電池技術(shù)的不斷進(jìn)步,一幅覆蓋海陸空全領(lǐng)域的動力電池應(yīng)用新藍(lán)圖已經(jīng)初具雛形,從陸地交通的電動化開始,到近幾年火熱的低空經(jīng)濟(jì),再到電動船舶,面對動力電池產(chǎn)業(yè)的內(nèi)卷現(xiàn)狀,電動飛機(jī)和電動輪船等新興應(yīng)用場景的出現(xiàn)為行業(yè)帶來了新的增長點(diǎn)。電動船舶的發(fā)展標(biāo)志著綠色航運(yùn)時代的到來,更重要的是,新的應(yīng)用場景還為鄉(xiāng)村振興、解決城鄉(xiāng)二元化問題提供了全新的思路。在農(nóng)村地區(qū),未來伴隨著無人機(jī)、農(nóng)耕地機(jī)器人等智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率將會得到顯著提升。同時,這些智能設(shè)備還促進(jìn)了農(nóng)村物流體系的完善,使得農(nóng)產(chǎn)品能夠更快、更便捷地走向市場,增加農(nóng)民的收入來源。因此,“電動中國”必然是未來的發(fā)展方向,在這個過程中,動力電池作為核心動力源,其重要性不言而喻。









01

深圳低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)跑全國

推動“電動中國”


交通的電氣化是電動中國很重要的方面,包括電動汽車、電動火車、電動飛機(jī)、電動輪船,設(shè)備的智能化包括智慧城市、智慧鄉(xiāng)村、智慧礦山,能源要低碳化,發(fā)展可再生能源,要發(fā)展儲能,所以構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng),這就是當(dāng)時我們工程院的任務(wù)。
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21年國家首次提出發(fā)展“低空經(jīng)濟(jì)”,深圳市政府23年建設(shè)低空經(jīng)濟(jì)中心,寫進(jìn)了政府的工作目標(biāo),是全國第一個。作為全國低空經(jīng)濟(jì)第一城,引領(lǐng)全國低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展領(lǐng)頭羊具有很多條件,低空經(jīng)濟(jì)為國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了新動力。十五五末低空經(jīng)濟(jì)對國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)能夠達(dá)到3到5萬億,成為新的經(jīng)濟(jì)增長引擎,現(xiàn)在把低空經(jīng)濟(jì)作為一個很重要的發(fā)展方向,電動航空就從低空經(jīng)濟(jì)開始來發(fā)展,因為我們的汽車是落后發(fā),但是電動汽車起來了,已經(jīng)領(lǐng)先了,由于我們領(lǐng)先,美國、歐洲、加拿大給我們使了很多絆子,現(xiàn)在航空落后,需要靠歐洲、美國的飛機(jī),不能老靠人家,低空經(jīng)濟(jì)一發(fā)展可以發(fā)展自己的電動航空。

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什么是低空經(jīng)濟(jì)呢?大家都很清楚,行業(yè)+航空的模式,林業(yè)+航空 、電力+航空 、公安+航空、旅游+航空、體育+航空,低空經(jīng)濟(jì)是實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興的重要支點(diǎn),也是地方發(fā)展的黃金產(chǎn)業(yè)。實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興徹底解決城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)的矛盾,低空經(jīng)濟(jì)將起重要的作用。低空經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)與鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)的關(guān)系,鄉(xiāng)村振興的重要支點(diǎn)是低空航空業(yè),對地方來講會發(fā)展成為黃金產(chǎn)業(yè)。國家層面對低空經(jīng)濟(jì)定義是2000米以下,很多地方是1000米,深圳是500米,各個地方不一樣,通用飛機(jī)在新農(nóng)村建設(shè)商務(wù)平臺與快遞物業(yè)體系的建設(shè)這些方面都將發(fā)揮重要的作用,無人機(jī)加快遞產(chǎn)業(yè)可以實(shí)現(xiàn)全覆蓋無人機(jī)投遞,無人機(jī)加果園實(shí)現(xiàn)飛防植保全面管理,無人機(jī)加水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可以實(shí)現(xiàn)漁業(yè)智能化管理,鄉(xiāng)村振興在互聯(lián)互通大數(shù)據(jù)平臺和區(qū)域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面起了極大的創(chuàng)新作用。關(guān)鍵是修好低空天路,以鄉(xiāng)村縣域、省域為節(jié)點(diǎn),通過5G通信、低空通信建立實(shí)時大數(shù)據(jù)平臺。
深圳市低空經(jīng)濟(jì)的幾個例子,無人機(jī)送血、無人機(jī)消防,深圳都是30、40層的高樓,如果著火了,無人機(jī)可以帶著水管去處理。無人機(jī)演習(xí)、無人機(jī)救護(hù),有人受傷馬上給醫(yī)院打電話,醫(yī)院通過無人機(jī)過來給現(xiàn)場的人戴一個眼鏡,醫(yī)生就可以(指導(dǎo))進(jìn)行救援??罩谐鲎廛噺纳呖诟浇?0分鐘就可以到達(dá)珠海,汽車則要2、3個小時。農(nóng)村的低空經(jīng)濟(jì)eVTOL,農(nóng)耕地機(jī)器人,無人機(jī)撒農(nóng)藥,無人機(jī)運(yùn)送蔬菜水果,農(nóng)村把低空經(jīng)濟(jì)的設(shè)備發(fā)展起來,農(nóng)村和城市沒有什么區(qū)別了,不是一個二元化的問題了,我最近這1、2年發(fā)現(xiàn)城市里面找工作不像以前容易了,原來在東莞找工作一天就可以找到,現(xiàn)在一個月也找不到,如果說不解決城市和農(nóng)村二元化問題發(fā)展會很難。


02

eVTOL、電動船舶

是動力電池拓展應(yīng)用的新藍(lán)海


作為低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主力,近年來國內(nèi)eVTOL( Electric Vertical Take off and Landing )產(chǎn)業(yè)迅速成長。作為核心部件的動力電池,其性能成為推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。
到2040年,全球eVTOL市場規(guī)模將超萬億美元,而中國將占據(jù)25%左右的市場份額,成為全球最大的城鄉(xiāng)空中交通市場。eVTOL的興起給電池企業(yè)提供了新的發(fā)展空間,電池廠商提前開拓這一新興市場,有助于消化現(xiàn)有產(chǎn)能,并為未來技術(shù)升級和市場擴(kuò)張奠定基礎(chǔ)。
電池作為純電動低空航空器的唯一動力源,其穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。當(dāng)前eVTOL電池技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn),是在保證安全性的前提下提高能量密度和功率密度。電池生產(chǎn)廠商要積極與供應(yīng)鏈伙伴開展合作,共同推動低空航空器電池技術(shù)創(chuàng)新,加速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能的最優(yōu)化和成本的最小化,推動低空經(jīng)濟(jì)盡快市場化。

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2024年6月份動力電池的產(chǎn)量大概是430GWh,同比增長51%,增長率相當(dāng)高,動力電池的企業(yè)一方面積極挖掘電動船舶、低空經(jīng)濟(jì)新藍(lán)海,打造新的增長極,另一方面逐步回歸技術(shù)創(chuàng)新,提高電池的安全性和能量密度。
電動船舶用電量大,水運(yùn)價格便宜,對環(huán)保也有好處。電動船舶發(fā)展非???,今年增長超過25%,將為長江、珠江、大運(yùn)河等實(shí)現(xiàn)電動化創(chuàng)造條件,最早的電動船舶是2017年,世界首艘2000噸級的電動船舶在廣州南沙下水,安裝的是2.4兆瓦時的鋰離子電池,福建2020年寧德時代首艘可載200人的游船下水,還有山東出的自動化船舶。


03

全固態(tài)電池技術(shù)難點(diǎn)


發(fā)展“電動中國”唯一的動力是電池,我們的鋰離子電池能量密度到了每公斤300多瓦時,我們希望通過原位固態(tài)化把能量密度提高。全固態(tài)希望每公斤500瓦時,液態(tài)到全固態(tài)技術(shù)難度還是相當(dāng)大的,技術(shù)難度在哪兒?
第一,正極、負(fù)極和電解質(zhì)之間的界面問題如何解決;第二,正極里面有活性材料、導(dǎo)電材料、聚合物等,這些材料之間有無窮多的界面,這些界面問題如何解決。
因此固態(tài)電池很重要的問題是界面問題,宏觀界面、微觀界面里面有很多問題需要解決,那么鋰離子電池是否到頭了?網(wǎng)上都說安全性解決不了,能量密度提高不了,我認(rèn)為我們要發(fā)展固態(tài)電池不等于液態(tài)電池不要了,也要發(fā)展,液態(tài)電池是否能量密度到不了500?不是的,只要能夠把集流體從平面變成三維的,能量密度就能提高。安全性是否完全不能解決呢?有科學(xué)家做了液態(tài)聚合物,一般聚合物變成液態(tài)要加有機(jī)溶劑,它不需要加任何有機(jī)溶劑,本身就是液態(tài)的。鋰離子電池并不是到頭了,國家為什么提出幾十億人民幣來發(fā)展固態(tài)電池,包括硫化物、氧化物、其它聚合物的多元發(fā)展。

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提高能量密度要用硅碳負(fù)極,現(xiàn)在的硅碳負(fù)極每克2000mAh,這是世界第一,國際水平1750,馬斯克說他們做電池到了450,它負(fù)極是用的硅碳負(fù)極,但它的硅碳負(fù)極離我們的還有一段距離。除了硅碳負(fù)極以外,下一步需要用金屬鋰,不解決它的界面問題也是不可能的,鋰枝晶會長出來穿過固態(tài)電解質(zhì),因為固態(tài)電解質(zhì)也不是鐵板一塊。為了解決這個問題,我們提出來在金屬鋰涂一層氮化銅,就變成了氮化鋰加銅,銅形成三維集流體,就可以解決這個問題。比如說南科大教授做的反鈣鈦礦材料,金屬鋰上面涂上這個材料,就可以解決固態(tài)電解質(zhì)和正極的反應(yīng)問題。
國家領(lǐng)導(dǎo)對固態(tài)電池非常重視,今年3月29號萬鋼主席視察衛(wèi)藍(lán)新能源,包括衛(wèi)藍(lán)新能源的領(lǐng)導(dǎo)都在當(dāng)中。他去主要是了解什么是“原位固態(tài)化”,如果不原位固態(tài)化,把原來走的鋰離子電池設(shè)備不要,能源不要,所以我們在原來的基礎(chǔ)上不動鋰離子電池,把它做成固態(tài),原位固態(tài)化這條線是對的。

04

全固態(tài)鈉離子電池的可能


現(xiàn)在大家都在做鈉離子電池,是液態(tài)的,我們希望固態(tài)的很快出來解決安全性、能量密度等問題。我們也發(fā)現(xiàn)硫化物加氧之后一是安全,二是能量密度也會提高。我們實(shí)驗室有一位從國外回來的,把這個實(shí)驗做了出來,現(xiàn)在沒有做純,但是已經(jīng)非常接近了,在室溫下已經(jīng)相當(dāng)不錯了。鈉離子電池用處非常多,低速交通、規(guī)模儲能都可以用,如果要解決城鄉(xiāng)二元化問題一定要在農(nóng)村發(fā)展低速交通,像電動二輪車、三輪車,來解決農(nóng)村的交通問題,使得農(nóng)村變成和城市一樣。

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2024年6月30日,大唐湖北100MW/200MWh鈉離子新型儲能電站科技創(chuàng)新示范項目一期工程建成投運(yùn)。投產(chǎn)規(guī)模50兆瓦/100兆瓦時,所用鈉離子電芯由中科海鈉提供,這是目前全球最大的鈉離子電池儲能項目。鈉離子電池儲能商業(yè)化運(yùn)行進(jìn)入新的階段。鈉離子電池是新質(zhì)生產(chǎn)力的典型代表,是我國建設(shè)新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)和培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要方向。
(以上內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場速記稿編輯整理,未經(jīng)本人審閱)