王朝陽院士：做新能源車一定要紮紮實實 容不得半點忽悠

出品|《新基建訪談》No.43

採訪|丁廣勝

整理|重重

王朝陽院士是美國國家發明家科學院院士、賓夕弗尼亞州立大學講席教授、電池與儲能技術研究院院長、電化學學會電池分會執行委員、北京科技冬奧新能源汽車專家組專家、世界新能源汽車大會科技委員會委員。

他還是2020年斯坦福大學發佈的全球前2%頂尖科學家中位居前列的專家，其電池製造實驗室在2011年美國前總統奧巴馬對賓州州立大學的訪問中受到專門報道，被稱爲“美國達到一百萬輛電動汽車宏偉計劃的技術和人才來源地”。

所以，爲了弄清楚我們對電池技術發展的種種疑惑，我們特邀王朝陽院士參加《新基建訪談》，在這深入交流的一個小時中，他向我們闡述了電池發展的現狀和未來，一針見血，觀點獨到。

王朝陽院士認爲，現在新能源汽車面臨的三大焦慮：里程焦慮、充電時間、成本焦慮，這三大焦慮的本質實際上只有一個，就是充電焦慮。而充電焦慮的解決不是靠增加電池包的大小，而是依靠快充。

他表示車廠不斷增大電池包不是一個好辦法，“新能源汽車必須遵守能量守恆定律，即熱力學第一定理，一定要紮紮實實的，容不得半點忽悠。所以，當車企聲稱它有1000km續航的汽車，那他一定需要150度電的電池，無論技術有多高。但這麼大能量的電池一定需要很高的價錢，一定會消耗大量的原材料，這是無法否認和忽視的。”

而快充技術的方案是，能夠5-10分鐘便捷的補能，40~50度電的電池包比80~100的要便宜一半，成本減半，這對電動汽車的普及非常重要。

談及快充技術的安全問題，王朝陽院士告訴《新基建訪談》，假如目前普遍的在常溫和低溫情況下快速充電，有大量的析鋰，有造成短路的風險。但是高溫快充避免析鋰，其實是消除了安全隱患。

在應用和推廣方面，其專利技術已被北京2022冬奧會及寶馬、北汽等採用。具體到推廣方案，王朝陽院士表示，“我們的計劃是開放式的技術推廣，經過了第三方的獨立驗證，並且已在全球進行授權技術許可，已經有幾家公司在打造不同應用場景的快充電池新產品。我們願意和支持國內的電池製造商或者車企，一起推動中國的新能源汽車產業。

他還舉例道，物流倉庫裡使用的叉車需要24小時不間斷工作，幾個小時的充電時間會耽誤事兒，這就需要快充電池。

至於電池行業格局的演進變化，他坦言一定是交叉和跨界，“電池製造商到了一定的時候會想造車，車企也想着電池不能老是由別人製造，畢竟電池實際上是一輛車的心臟，電池就跟燃油車的發動機一樣，一個車企不自己造發動機，那也不算是車企。”

此外，王朝陽院士還有個夢想是能夠在退休前開着飛行汽車去上班。在飛行汽車領域，電池的快充性能同樣非常重要，他預估可能會是在2025年左右，商用的飛行出租車車隊服務將會出現，從市中心到機場，能夠保證10~15分鐘把你送到。

以下爲本站專訪王朝陽院士實錄摘要：

問:您的團隊攻克了鋰電池快速充電和電池壽命難以兼得的問題，有望解決新能源汽車的“里程焦慮”和“充電時間焦慮”難題。請問這個研究的背景是什麼？

王朝陽院士：現在新能源汽車面臨的是三大焦慮，里程焦慮、充電時間、成本焦慮，目前對大衆消費者來講成本還是偏高。但這三大焦慮的本質實際上只有一個，就是充電焦慮。

你設想一下，假如我們解決了充電焦慮，能夠5-10分鐘很便捷的補能，那麼里程焦慮自然就消失了。假如我們一輛車子開了400km，駕駛員得去上個洗手間，再看看手機，再買杯咖啡，然後車子利用這10分鐘又充滿電了，就不會再有里程焦慮這個問題了。

另外，充電焦慮解決之後，實際上我們可以大大降低車載電池的成本，我們就不需要在車上載有80度電、100度電的電池包，可以用40~50度電的小電池，小輕化以後，還可以方便的補能，40~50度電的電池包比80~100的要便宜一半，所以成本直接就削了一半，這對電動汽車的普及化非常重要。

問：您的新研究表明，充電10分鐘，磷酸鐵鋰電池即可續 航約250公里。這個速度現在市面上民用是沒有的，這是怎麼做到的？技術難點在哪裡？

王朝陽院士：利用熱調控技術，這項科學技術讓事情變得很簡單。不論是磷酸鐵鋰電池還是任何其他電池，實際上，熱調控技術對所有的材料體系和化學體系都適用。

它就是在電池中埋了一片大概10微米的很薄的鎳箔作爲發熱體。電池都有能量，有了發熱體後就可以利用電池自帶的能量實現快速加熱。由此，我們可以通過快速地調整電池的溫度來達到功率的需求。比如有時候我要開車，需要大功率，那就把溫度提得高一點，我想達到10分鐘快充，就讓它的動力學性能增加，這樣就可以把大電流吸收到電池中，在高溫快充的時候就可以避免析鋰。同時，我們又恰恰利用了5-10分鐘快充這個特點來控制高溫下的工作時間，本身充電最多10分鐘，待在高溫的時間很短，這就避免了材料的老化。

最關鍵的就是熱調控技術，這個發熱體要薄到比頭髮絲還薄。發熱體所用的鎳箔是很普通的材料，但是可以做得很薄。這10微米的鎳箔，幾乎不增加重量，也不增加體積，它的加熱速度又非常快和靈敏。這樣我們就可以使得磷酸鐵鋰或者三元電池都達到10分鐘的快充。

問：充電速度快了之後，大衆包括產業界他們就會擔心安全的問題，會不會有這樣的擔憂？

王朝陽院士：沒有太大問題。假如是在常溫和低溫情況下快速充電，有大量的析鋰，造成短路，會引起安全問題。但是我們的高溫快充避免析鋰，消除了安全的隱患。

第二點，目前市場上電池爲了讓低溫情況下的鋰離子跑得很快，電解液不容易被凍住，需要在電解液中加入很多高揮發性溶劑，而高揮發性溶劑正是引起電解液燃燒的原因。現在我們依靠自加熱來改善低溫的性能，就可以剔除高揮發性、易燃溶劑，生產非燃電池，大大增加安全性。

問：這個方案在工業界目前有一些實踐嗎？

王朝陽院士：我們的計劃是開放式的技術推廣。這些技術在科學上、樣品表現上都十分成熟，且經過了第三方的獨立驗證。

當然，想做成產品再推廣到市場需要更大的努力，如果國內有大規模的電池製造商或者車企，可以來我們這裡得到技術許可，把這項快充的技術儘快推廣到市場上，目前已經有寶馬和國內參與冬奧會的一些車企正在實踐。

美國也有幾家公司在打造不同應用場景的快充電池新產品。舉個例子，物流倉庫裡使用的叉車電池，它需要24小時不間斷地工作，因此它不能充長達幾個小時的電，會耽誤事，這就需要快充電池，在國外已經有公司在打造。另外，我們最近發表的一篇文章是關於飛行汽車電池的，也有快充的性能。

問：如果國內的團隊要做這件事，製造成本方面會有很大的增加嗎？

王朝陽院士：製作成本涉及幾個方面。第一，原材料的增加不多，增加的是一個10微米的鎳箔，它的量很小，在一篇經過專家評審的文章中，有估算過鎳箔的材料成本佔據不到0.2%，可以忽略不計。

另外一個就是把鎳箔插入到電芯中這道工藝。每家的工藝和製造不一樣，難以評估，相信會有製造工程師等其他專家去做這個事，總體來說，我相信這道工藝很簡單。

手機這麼複雜的裝配、製造，國內企業都搞得漂漂亮亮、物美價廉，加一個鎳片怎會難到中國的製造行業呢？

問：環保的問題大家也十分關注，這些電池有了好的技術，然後用了五年、十年之後，它是怎麼處理呢？從這個角度您有沒有一些探索？

王朝陽院士：目前新能源汽車的動力電池還無法回收，這是一個很大的課題，回收的技術需要開發出來。

好在目前動力電池還不夠多，但是一旦進入下一個階段，有了更大的電動汽車市場的話，那電池的量是巨大的，必須要回收。

回收電池必須要有很好的技術，使得回收成本比原材料成本要低。據我所知，目前還沒有成熟的回收技術，既能夠達到經濟性，又能達到節能。

問：您如何看待磷酸鐵鋰電池和鋰電池以及氫能源三者的不同和優劣勢？

王朝陽院士：他們都是基於電化學原理，即化學能和電能之間的直接轉化。我們實際上把它們統稱爲電化學發動機，區別於燃燒發動機。電化學發動機是97年就開始提的概念。

具體來說，磷酸鐵鋰的優點非常明顯，第一，非常安全；第二，成本特別低，第三，所使用的原材料量很大，如磷、鐵都有着巨大的儲量。

不過，目前磷酸鐵鋰用在電動汽車上面也有兩個巨大的弱點，但都在慢慢被克服。第一，它的低溫性能很差，用磷酸鐵鋰電池的車主會發現冬天容易趴窩，就是因爲電池的低溫性能很差，而熱調控技術就能完全解決了這個問題。第二，它缺乏快充的能力，但現在十分鐘快充技術在研發小試上已經完全被證實，剩下只需要推廣應用。因此，磷酸鐵鋰克服了這兩大難題後，未來前景會更好。

專家經常會擔憂磷酸鐵鋰的能量密度比三元要差一點，但我們還沒發佈的、正在研發的第二代熱調控電池，能量密度可以達到300Wh/kg，成本可以降到0.35元/瓦時。所以我的觀點是，磷酸鐵鋰的潛力非常非常大。

三元電池的優點也很明顯，能量密度較高，但是它的安全性差，成本較高，尤其是它所用到的“鈷”和“鎳”都是不可持續的戰略性材料。目前電動汽車的市場滲透率還非常低，在5%左右（歐美在2%-3%左右），如果進入到中期發展階段，滲透率達到50%左右時，所有的車企都必須考慮“鈷”和“鎳”能否持續供應上來。一旦考慮到這個問題，就要做一些其他的籌備。

最近在新聞中看到特斯拉和蘋果公司都在緊緊地盯住磷酸鐵鋰，這有一定的道理，從長遠的原材料供應角度，需要考慮這些。

第三個氫燃料電池，它的優點就是補能很快，即加氫很快，但它的成本居高不下。

實際上，氫燃料電池的成本需要降低一個數量級纔會有工業化的可能性。想要降低一個數量級的成本，需要有科學上的突破，要有諾獎級的科學突破，光是依靠工業化和投資，是砸不出一個科學突破的。而科學上的突破難以用時間衡量，可能明天發生，可能下個月發生，可能十年後發生，也可能50年都沒發生。

所以在氫燃料電池方面，我建議加大基礎研究的投入和鼓勵，希望能有諾獎級的科學發現，經過充分論證後再進行工業化，這就可以讓投資和資源更有效地被利用。

問：那在未來一段時間，這幾種電池的實際應用會是怎麼的發展走勢？

王朝陽院士：我們必須要面對大衆市場的用戶，要生產出家家戶戶都能買得起的汽車，不能動不動定價在40萬，這還不是老百姓能夠消費的水平。到時候想要降低成本，電池成本就有巨大的空間和機會。但三元電池也不會消失，在很多高端應用中，對能量密度要求高，且對價格不是特別敏感，三元電池肯定有它的作爲。

問：磷酸鐵鋰電池和三元電池在續航方面的發展進步，主要靠什麼？

王朝陽院士：未來的續航問題不是光依靠能量密度解決，還要靠快充，即便捷的補能來解決。即使是三元電池的能量密度很高，我們也只希望做成40-50度電的電池，而不是做到100度甚至150度電。不論技術多高，能量密度多高，150度電總是要比40度電多付三倍以上的錢。而且假如我就在上海上班通勤，我帶着一個很大的電池包到處跑，那不就是浪費能源？

新能源汽車是實現碳中和最重要的手段，節能仍然是第一位。儘管我們使用了各種各樣的新技術，但還是要節能，裝載那麼大的電池包，就是“大吃大喝”，就要花費大價錢，就會有浪費。而快充是按需索取，你需要多少能量就補多少能量，快捷補能是能源效率最高的方式，對整個社會影響也最好。新基建的表現就在這裡，就是把公共的快充樁建設好，讓大家都可以享受到快捷補能的基礎設施，這就是造福於人民。

問：您認爲電池製造這件事在供應鏈側，未來會有哪些變化？

王朝陽院士：我認爲會有交叉和跨界。國內的電池製造商到了一定的時候會想造車，車企也想着電池不能老是由別人製造，畢竟電池實際上是一輛車的心臟，電池就跟燃油車的發動機一樣，一個車企不自己造發動機，那也不算是車企。

接下來五年，電池和電動汽車的市場競爭都會非常激烈。現在產能已經過剩，會有劇烈競爭，最終勝出的可能只有幾家頭部企業，所以一定要在技術上保持領先。以手機爲例，諾基亞曾經是世界老大，但是它垮下來也很容易。

問:您研究的熱調控技術實現了飛行汽車電池極速長壽命充電，這個產業的成熟期大概會多久到來？

王朝陽院士：我們觀察到的飛行汽車，還遠沒有到普及的階段。飛行汽車未來會是一個巨大的產業，它主要是解決大都市的交通擁堵問題，然後把都市的交通能夠在3D的空間當中進行。

目前的預估可能會是在2025年左右，首先要有商用的出租車車隊服務出現，還不是私有化的飛行汽車。比如說在上海，從市中心到機場，他能夠保證10~15分鐘肯定把你送到。然後纔是私人飛行汽車，就跟harry potter裡頭拿着掃把飛一樣，這是人類的夢想。

從技術上來講有兩個關鍵的技術，一個是安全，你把人弄到空中來，肯定要保證絕對的安全。第二個是電池技術，因爲升到空中對電池不但有能量密度的要求，對功率密度也有巨大的要求，因爲垂直升空和垂直下降需要大功率運行。

我本人對這一塊非常感興趣，我覺得這是一個很好的科學應用。我的夢想就是能夠在退休前開着飛行汽車去上班。

問：您對目前火熱的新能源行業、飛行汽車行業，有哪些建議或想話說的話？

王朝陽院士：新能源汽車必須遵守能量守恆定律，即熱力學第一定理，所以一定要紮紮實實的，容不得半點忽悠。所以，當車企聲稱它有1000km續航的汽車，那他一定需要150度電的電池，無論技術有多高。這麼大能量的電池一定需要很高的價錢，一定會消耗大量的原材料，這是無法否認和忽視的。

這些遵守能量守恆定律的例子，我稱之爲“誠實的能源”，在能源領域工作必須誠實，別無他法。