量电池之力发展电动汽车

　　早年间，杨裕生院士曾在茫茫戈壁为我国核试验奉献长达27年之久，取得了一系列令人瞩目的成就。回到北京后，1998年杨院士谋划建立了“军用化学电源研究发展中心”并任中心主任。他指导年青人承担了国家高技术研究发展计划项目(863)、科技部电动汽车专项、国家重点基础研究发展计划项目(973)、国家自然科学基金、国防科技预研基金、军用“973”以及总装十五预研等几十项研究课题，有力地推动了我国储能事业的发展。近日，笔者专访了这位在核技术和储能技术领域均做出过突出贡献的学界泰斗，请他就铅酸电池目前的发展状况、电动汽车的发展以及储能技术的应用和发展前景阐述其观点。

　　笔者：杨院士您好，早年您对我国核试验技术的发展做出了突出贡献，回到北京后，是在什么样的机遇下或者您基于怎样的想法，开始投入到高能量密度二次电池以及超级电容器等的研究开发?

　　杨院士：1963年初，我被调到原国防科工委，加入了组建中的核试验基地研究所，负责筹备蘑菇云取样和放化分析，在新疆27年。1990年，我58岁的时候，组织上把我调回北京，在防化研究院第一研究所(以下简称防化研究所)任研究员。1995年，我当选中国工程院院士，深感自己的责任更加重大。由于国防事业发展的需要，1996年我和二室陈焕祺主任共同发起中国士兵综合防护系统，我们走访、联合军内多个单位，促成了研制立项。士兵综合防护系统是以提高士兵作战能力和生存能力为目的、并与高新技术装备集成为一体的装备，包括防弹、防毒等服装，这样就影响士兵身体的透气和散热，需要再装一个微空气调节器。微空气调节器耗能高，对电源系统提出了更高的要求。1997年，经过论证，电池的能量密度不能低于300W?h/kg，这是当时美、日等国计划2010年要达到的指标，遍访我国的电池研制单位没有一家愿意承担这个项目。我想，我们防化研究院是全军唯一与化学电源的“化”字沾边的单位，我们防化研究院义不容辞的接受了这个任务。后来，上级批准了我的请缨，而我当时是“门外汉”兼“光杆司令”。经过一段时间的调研和论证后，我认为锂-硫电池是唯一有希望达到要求的电池，所以选定了这条路线。

　　1998年初，防化研究所的高乃金政委亲自出马去天津大学动员了曹高萍博士，又在中国科学院兰州化学物理研究所以“院士助手”的名义招来苑克国硕士，这样由我们三人组成的研究小组就在1998年夏天成立了，开始研究锂-硫电池。归根结底，我们是“逼上梁山”。

　　笔者：我国锂-硫电池研究现状如何，与国外相比还要在哪些方面进一步加强?

　　杨院士：现在我们的锂-硫电池技术应该说做到了国内的较高水平，最近单体3A?h的电池比能量已经达到370W?h/kg。国内外不少人认为锂-硫电池比能量可达500W?h/kg，是电动汽车的下一代动力电池，所以已形成了研究热潮。国内现在研究锂-硫电池的单位很多，研究所有中国科学院的化学所、物理所、大连化物所、沈阳金属所、上海硅酸盐所，天津18所、上海811所等;学校有国防科技大学、上海交通大学、清华大学、武汉大学、北京理工大学、南开大学、厦门大学等，有的大学甚至有3、4个锂-硫电池课题组，还有些企业也在积极地参与，研究队伍日益壮大。但是锂-硫电池要实际应用到电动汽车中还有相当的距离，电池的指标不单单看比能量，使用寿命和安全性也是十分重要的因素。

　　笔者：您在多种场合提到铅酸电池的重要性，铅酸电池作为发展较早、技术较为成熟的化学电源，与其它化学储能器件相比有什么优点和缺点?

　　杨院士：在我国，铅酸电池现在属于“限制发展”产品，原因是有人说它污染严重，认为铅酸电池过于古老、技术落后，其实这些说法都不对。燃料电池发明比铅酸电池早20年，不是更古老吗?为什么大力支持?国外铅酸电池的新技术发展很快，美、欧政府的支持力度都很大，而在我国由于近年来政府对铅酸电池研究投入不够，技术自然而然的也就落后了。这样一个价廉、安全、电性能好的产品，应该发挥它应有的作用。

　　中国的铅酸电池要振兴，一定要解决两方面的问题。一方面是铅酸电池生产全过程的环保问题，尤其是废电池回收过程中的污染问题一定要解决，现在国家已经核准了10家有回收资质的公司，后续还会有3家。同时要大力推广回收率高、更加环保的湿法回收技术。另一方面就是要突破电池新技术，提高性能，让它古老但不落后。我所以倡导举行铅酸电池新技术研讨会，两年一届，主要为了交流新技术，推动铅酸电池发展。

　　笔者：铅酸电池近期有何技术上的进步?要想得到更广泛的实际应用，哪些问题亟待解决?

　　杨院士：要说铅酸电池的新技术，铅炭电池是一大进步。铅炭电池就是在铅酸电池的负极中加入高比表面积的活性炭，电池使用寿命可以延长几倍，放电功率也显著提高，我觉得这个技术应该在中国大力推广。我们课题组从1999年开始研究超级电容器，超级电容器中用到高比表面积的活性炭，又叫超级活性炭，我们在制备这种材料方面有一定的基础。铅炭电池和超级电容器所需两种炭的指标不同，但高比表面积这一点是相同的。把超级活性炭加入到铅酸电池中，我们和杭州南都电源公司合作，我们负责研制活性炭，他们负责把活性炭加到铅酸电池中，合作十分成功。一年多来，我们靠实验室的设备，用手工的制备方式已经提供了1吨活性炭，南都生产了约200吨铅炭电池。由铅炭电池构成的“风-光-储”装置，已在浙江、新疆建成十几个储能电站。虽然铅炭电池的比能量没有提高，但是它的循环寿命延长、功率提高、安全性高，在储能电站示范运行中表现良好。铅炭电池在天津港集装箱起吊机中应用，将集装箱下降时的制动能量回收存储起来;在集装箱起吊时，再将储存的能量提供出去，达到提供尖峰功率和节能的目的，节电率高达40%～50%，并且减轻了对电网供电质量的冲击。在所有的升降电梯中也可使用这种节能技术。

　　最近它还有一个新的大用途：国家正在提倡燃油汽车加装启停功能，铅炭电池比功率高，短时间的浅充浅放寿命长达18万次，是最理想的电源。加装了启停功能的汽车又称微混电动车，对城市的减排和治理雾霾有很大的作用。我国每年汽车产量达2000多万辆，如果大规模推广使用此技术，将会是一个很大的市场，仅这一项就需用特种超级活性炭5000吨，产值至少20亿元。据说，政府打算为每台安装启停功能的汽车补助3000元，这笔钱似乎多了一些。

　　铅炭电池技术要想得到更广泛的应用，亟待解决的问题是特种超级活性炭的工程化研究与开发，这是一个典型的“863”课题。但是申请“863”经费，项目必须先列入指南，而与铅酸电池挂钩的项目，从来没有进入过“863”指南。再有，即使可以申请，例如1000万，要你自筹配套经费至少1000万，这对军队研究所而言，根本无从谈起!

　　笔者：近年来，关于电动汽车的研究如火如荼，但并没有得到大规模的产业化，您认为原因何在?

　　杨院士：政府曾制定到2015年新能源汽车要达到50万辆的计划，现在各种新能源汽车加起来还不到10万辆，时间只剩下一年多了!我觉得新能源汽车推广迟缓有以下几个方面的原因：一是没有把新能源汽车发展的责任加到汽车企业身上，着急的

　　是政府部门，汽车企业不着急，它们不但不着急，而且在看哪种车补贴高就做哪种车，而不是主动考虑发展适合市场需求的车;二是中国汽车的企业没有集中精力做出自己的一种拳头产品，没有核心技术，而是几乎每家企业都在做微混、轻混、中混、全混、插电式、纯电动、增程式，做出来的一、两台样品只能放在展台上做展示，不能产业化。而日本丰田只开发了一种深度混合电动汽车，只做两种车型，总销量就能做到600万辆的规模，主要依靠它的核心专利技术——“行星齿轮”技术，就能把节油率提高40%;三是现在国家对汽车企业的补贴过高，补贴标准成了汽车发展的风向标，导致车企缺乏社会责任感，不考虑车的市场化、产业化，只关心补贴的多少，而且高定价，由政府买单。

　　因此，政府要把发展电动汽车的指标落实到车企，每年要求汽车总产量中必须有一定比例的电动汽车，而且逐年提高此比例;超额完成任务目标的企业给予奖励，未完成的企业要受到相应的惩罚，用惩罚的钱奖励超额完成的企业，这样把责任交给企业，让市场来实现调节。我相信，这种“补改奖”的机制还能使电动汽车价格高、续航里程短、充电设备不完善等问题迎刃而解。

　　笔者：您在很多场合都提出发展微小型电动汽车的建议，请您谈谈微小型电动汽车与普通纯电动汽车以及混合动力汽车相比，有什么优点和缺点?

　　杨院士：现在以中国的电池技术还不足以发展续航里程较长、速度较快的电动汽车，美国的特斯拉是不该复制的模式，它每公里耗电17度，不但不节能，而且浪费能源，一辆车的耗电量相当于3辆微型电动汽车;它的电池用量很大，所以价格降不下来，只有富人买。比亚迪的E6纯电动车也如此。轻度、中度混合电动车的节油率只有10%～20%，而重度混合电动车的专利被丰田垄断。

　　与上述纯电动汽车以及混合动力汽车相比，微小型电动汽车的优点很多：①电池少、价廉、易推销，是电动自行车、摩托车用户的升级换代产品，满足广大城镇的市场需求;②技术积累较好，2013年全国已产20万辆，无需国家投资可以很快建成几个年产20万辆的厂;③用220V民用电，可作为晚间用电的“家用电器”，甚至无需专门设置充电桩;④每夜的11亿多度低谷电，可供亿辆小型电动汽车充电，国家还省掉建设调峰电站的大笔投资;⑤节能(6～7kW?h/100km)，减轻城镇空气污染;⑥节材，使用、维修方便，可以持续发展;⑦可充分发挥铅酸(炭)电池安全、廉价优势;⑧有利于缓解城市堵车、停车难题。

　　吉林大学的郭孔辉院士曾做过计算，用现在锂离子电池的比能量做汽车，合理的里程设计在150km左右，这对于大部分上班族使用完全可以了。若要更长距离的行驶，增程式更合适，电池用量相当于纯电动的一半左右，每百公里耗油量不到2.5L，现在已经有厂家在试产，但还没上线，有待国家政策的引导。

　　笔者：今年中央电视台3?15晚会曝光了某些企业在没有整车生产资质的情况下，非法生产销售低速电动汽车(以铅酸蓄电池为动力的电动车)而导致多起事故的情况，对此业内外人士各执己见。作为我国电池领域的权威专家，您有怎样的看法?

　　杨院士：我觉得微型电动车不仅不是个过渡品种，还有可能是个长生不老的产品。将来，人们的思想境界高了，节能环保的意识强了，会逐渐舍去豪华的大车而购买微小型电动汽车。上面已列举了它的优点，山东、江苏、河北有些企业做得相当不错，不但有规模，而且质量很好，所以很有市场。

　　中央电视台3?15晚会曝光生产质量问题，十分必要。但是，有的媒体对问题的实质不做具体分析，甚至加以引伸、夸大，这就偏离了3?15晚会的本意而产生副作用了。

　　现在有一些错误观念：一是认为这种微型电动汽车技术含量低，与我们泱泱大国的形象不相称。其实车大小跟技术水平毫不相干，俗话说“麻雀虽小，五脏俱全”，欧、美、日等发达国家与地区都制定了微型低速电动车的法规，符合其法规的中国产微型低速电动车在欧、美销得很好，而且利润不低;二是认为此车所用的铅酸电池是有污染的，实际上铅酸电池本身是没有污染的，现在每一辆燃油汽车都有一块铅酸电池，乘车人不但没有受到污染，而且离开了铅酸电池燃油汽车就开不动，为什么铅酸电池到了微型低速电动车这儿就变成污染的了?中国铅酸电池产量和美国相当，但是在美国铅酸电池已不属于污染行业了，而为什么中国做不到那么好?关键在政府部门的政策完善，并加大对涉铅企业的监管力度;三是笼统地说这种微型电动汽车产品不合格，产品是否合格首先要有一个法规标准，现在政府相关部门并没有制定微型低速电动车的相关法规标准，那这种车何来的不合格之说呢?粗制滥造的车肯定有，应该照法规标准加以测评和处理，更不能因为一些小企业的不负责任而把这个行业整个地一棒子打翻;四是说这种车不安全，其实不是车不安全，而是交管部门的监管亟待加强;小城镇有了微型低速电动车，就要及时健全交通法规、规定行驶道路，认真贯彻交通规则。如果不与时俱进做好这些工作，又让没有合格驾驶技能的人随便驾车上路，导致“马路杀手”的出现，倒过来全怪到微型低速电动车的身上，实在是不讲道理!

　　对于微型低速电动车的发展，首先政府部门要管起来。工信部、发改委要制定微型低速电动车的标准;用标准来规范企业的准入。公安部、交通部的规章制度和监管力度跟上了，企业生产规范了，这种节能减排、价格实惠、出行方便的交通工具就能更好地发挥它利国利民的作用。

　　交通管理部门要针对微型低速电动车制定法规，把驾驶培训、交通规则、上牌照等问题明确起来，如可以规定微型低速电动车不允许上高速、驾驶速度不能超过50km/h等。

　　笔者：今年春天，北方多地区遭遇连续雾霾天气，解决如何高效、清洁地利用能源问题已迫在眉睫。在节能环保、可持续发展的理念下，除了大力倡导电动汽车的发展外，各种储能技术还应该在哪些实际应用领域、如何发挥其作用?

　　杨院士：雾霾是一个比较复杂的问题，汽车对雾霾的“贡献”到底有多大，一直存在争论，我也没有直接的数据，但通常认为在20%～30%。所以要推广节能的微型低速电动汽车，这样耗电量就小了，汽车对雾霾的“贡献”也就少了。

　　发展可再生能源发电，有利于克服雾霾问题。现在几个比较大的风力发电场装机容量都在千万千瓦级，有“风电三峡”之称，内蒙、河西走廊、新疆的风力发电都在此规模。这么大的发电规模要调节，完全靠储能绝非易事。现在抽水蓄能规模最大，技术成熟，但是在风能资源丰富的地区，一般都干旱缺水，发展抽水蓄能比较困难;另外，风力发电是瞬时变化的，抽水蓄能在时间响应上不易适应。

　　化学储能技术没有地域的限制，时间响应快，在局域的或者分布式的电网上是可以发挥作用的;还可以将电网夜间的“谷电”储起来供白天电力紧张时使用，对发电厂、电网肯定有利，对蓄电站和用电户也可能有利。

　　我之前写过一篇文章《规模储能装置经济效益的判据》，推导了储能经济性的公式，涉及到7个指标，包括电的进出价格、能量效率、电池的使用寿命、建设费用、维护费用等，某种储能技术是否能保本，一代入这个公式便一目了然。现在全钒液流电池的能量效率大概能做到70%左右，跟抽水蓄能效率相当，锂离子电池能做到90%，原先的铅酸电池在70%～80%，而现在的铅炭电池也能做到90%，比大多数物理储能技术的能量效率高得多。使用寿命也不可轻视，循环1万次的电池使用

　　成本，要比循环5000次的电池低一半。另外，政府应该拉大峰谷电价差，夜里的电价要尽量便宜，这样峰谷电价差大了，鼓励人们尽量用掉夜间剩余的电，储能企业也可不亏本运行。所以储能行业要发展，不仅牵涉到技术问题，也牵涉到国家政策问题，需要政府、企业、科研人员一起努力。

　　人物简介

　　杨裕生，1932年出生于江苏省如皋县。1952年毕业于浙江大学化工系。1963—1986年，在核试验基地研究所历任室副主任、主任、副研究员、副所长、所长。1987—1990年，任核试验基地科技委主任、研究员。1988年9月被授予少将军衔。1990年10月至今，任防化研究院研究员、科技委委员。兼任西北核技术研究所研究员和浙江大学、北京理工大学、北京科技大学等校教授。1995年5月当选为中国工程院院士。他创建了我国核试验烟云取样和核武器威力与性能的放化分析诊断技术，主持完成20多次核试验的取样分析任务，提供的大量测试结果成为验证和改进武器设计的直接依据，获国家发明二等奖2项。1998年转入电池领域研究，筹建了我军唯一的化学电源实验室，从事高能密度二次电池、超级电容器、铅炭电池等的研究开发，是中国锂-硫电池的开拓者。