美國“加快普及電動(dòng)汽車(chē)”

 

　　2016年7月，美國聯(lián)邦政府發(fā)布了關(guān)于“加快普及電動(dòng)汽車(chē)”計劃的聲明，旨在通過(guò)政府與私營(yíng)部門(mén)合作，推廣電動(dòng)汽車(chē)和加強充電基礎設施建設，以應對氣候變化、增加清潔能源使用并減少對石油的依賴(lài)。主要執行內容包括以下幾個(gè)部分：

 

　　能源部貸款項目辦公室將為簽署合約的46家單位提供高達45億美元的貸款擔保來(lái)支持和推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施的革新。

 

　　能源部和交通部已就2020年全國電動(dòng)汽車(chē)的快速充電站網(wǎng)絡(luò )達成合作協(xié)議，共同推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)充電走廊的部署和建設，推進(jìn)美國地面交通固定計劃(FAST) 的執行。

 

　　聯(lián)邦可持續發(fā)展辦公室邀請地方政府與聯(lián)邦政府合并電動(dòng)汽車(chē)和充電基礎設施的購買(mǎi)及安裝需求，以降低購買(mǎi)成本，擴展技術(shù)可用性，提高汽車(chē)制造商對需求的確定性。

 

　　白宮科技政策辦公室將舉辦“電動(dòng)汽車(chē)編程馬拉松”來(lái)融合科學(xué)研究和軟件開(kāi)發(fā)，以推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)革新，增強數據訪(fǎng)問(wèn);能源部與合作單位將共同開(kāi)展電動(dòng)汽車(chē)350 kW、10分鐘直流快速充電的技術(shù)可行性研究(計劃2016年底完成);成立由能源部西北太平洋國家實(shí)驗室牽頭的“電池500聯(lián)盟”，旨在研發(fā)出能量密度高達500瓦時(shí)/公斤的電動(dòng)汽車(chē)用鋰電池。

 

　　出版電動(dòng)汽車(chē)和充電站相關(guān)聯(lián)邦基金財政資助和技術(shù)幫助的指南，有35家新機構簽署了能源部的工作場(chǎng)所充電計劃，并承諾為其員工提供電動(dòng)汽車(chē)充電接口。

 

　　其中，在“電池500聯(lián)盟”項目中，美國能源部將在今后5年里每年為這個(gè)聯(lián)盟提供1000萬(wàn)美元的資金，贊助材料與界面、電極結構、電池設計與一體化三個(gè)重點(diǎn)研究方向，并將把資金中的20%用來(lái)支持電池技術(shù)領(lǐng)域的小型“種子”研發(fā)項目。聯(lián)盟的目標是通過(guò)開(kāi)發(fā)新型高能量密度材料，將電動(dòng)汽車(chē)所用鋰電池的重量能量密度提高到500瓦時(shí)/公斤，循環(huán)使用壽命達到1000次，即在提高能量密度的同時(shí)減輕電動(dòng)汽車(chē)的重量和體積，并加倍延長(cháng)一次充電后的行駛里程，大幅降低電動(dòng)汽車(chē)價(jià)格(低于100美元/千瓦時(shí))。除了打造高效率、平價(jià)電動(dòng)車(chē)電池的實(shí)時(shí)目標，聯(lián)盟總監劉俊預期聯(lián)盟的研發(fā)成果能有助于智能電網(wǎng)的能量?jì)Υ妗?/span>

 

　　此外，充電技術(shù)是連接電動(dòng)汽車(chē)和充電設施的關(guān)鍵紐帶，在“加快普及電動(dòng)汽車(chē)”計劃的簽約單位中，寶馬、福特、大眾、奔馳、日產(chǎn)以及特斯拉都承諾將加大電動(dòng)汽車(chē)及電池的投資及研發(fā)力度，尤其是直流快速充電技術(shù)，并幫助合作者在合適的地點(diǎn)安裝電動(dòng)汽車(chē)充電裝置。夏威夷電力公司也承諾與其合作伙伴全力支持電動(dòng)汽車(chē)項目，繼續安裝更多的直流快速充電站，并研究電動(dòng)汽車(chē)充電更多的管理和政策需求，以便完成其2045年之前實(shí)現電網(wǎng)100%可再生能源的目標。

 

　　美國“加快普及電動(dòng)汽車(chē)”計劃所帶來(lái)的影響及技術(shù)發(fā)展的預測

 

　　美國“加快普及電動(dòng)汽車(chē)”計劃將對整個(gè)新能源電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)重要影響。從“加快普及電動(dòng)汽車(chē)”計劃可以看出美國政府重視發(fā)展三類(lèi)技術(shù)方向：高能量密度(≥500 Wh/kg)鋰電池技術(shù);電動(dòng)汽車(chē)快速充電技術(shù)(350 kW、10分鐘);電池領(lǐng)域的新型原創(chuàng )技術(shù)(小型“種子”研發(fā)項目)。

 

　　高能量密度的要求將首先帶動(dòng)高能量密度電極材料體系和電池優(yōu)化設計的研究，如將基于“試錯法”的材料篩選模式過(guò)渡到基于材料基礎物性參數的理性設計階段，將材料本體性能提升過(guò)渡到3D結構設計、多維復合等多元研發(fā)階段，將電池反應器獨立設計過(guò)渡到基于電池電化學(xué)反應建模的理性開(kāi)發(fā)階段等等，通過(guò)高能量密度電池材料的開(kāi)發(fā)、電池組裝方式的優(yōu)化、電池模塊的高功率設計等獲得電池綜合性能的突破。

 

　　而從技術(shù)層面分析，“加快普及電動(dòng)汽車(chē)”計劃中350 kW、10分鐘的直流快充電池技術(shù)意味著(zhù)充電系統能在10分鐘內為汽車(chē)充滿(mǎn)續航200英里的電量，這將對很多應用領(lǐng)域產(chǎn)生革命性影響，特別是針對大倍率充電相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸研發(fā)(50 kW以上)，這將大大提高電動(dòng)汽車(chē)在世界范圍內的使用。此外，該計劃對小型“種子”電池研發(fā)項目的大力支持，有助于激發(fā)研究人員對新型原創(chuàng )電池技術(shù)的開(kāi)發(fā)和電池新理論的探索，推動(dòng)儲能技術(shù)的原始創(chuàng )新研究。

 

　　未來(lái)在大規模推廣電動(dòng)汽車(chē)的同時(shí)，將會(huì )加大對鋰資源開(kāi)采和提純技術(shù)的需求，同時(shí)也有可能帶來(lái)鋰資源緊缺的情況，勢必對各國鋰資源的戰略?xún)洳呗援a(chǎn)生影響。

 

　　目前來(lái)看，鋰礦資源的全球儲量豐富，超過(guò)60%的鋰礦資源尚未得到勘探開(kāi)發(fā)，潛在資源量巨大，分布也高度集中。就資源量而言，全球59%的資源量集中在“鋰三角”國家，即智利、玻利維亞和阿根廷三國，中國和美國的鋰資源量分別占世界總量的13.3%和13.5%。SQM、Chemetall、FMC和Talison是國際上開(kāi)采鋰礦的四大巨頭公司，壟斷了全球最優(yōu)質(zhì)的鋰礦資源。

 

　　我國鋰礦資源雖儲量豐富，但高品位鋰礦少、低品位礦多。從全球格局看，我國鋰礦企業(yè)無(wú)國際定價(jià)權，處于下游有壓價(jià)風(fēng)險、上游受巨頭壓制的產(chǎn)業(yè)鏈弱勢環(huán)節，鋰礦資源的儲備和開(kāi)采提純技術(shù)需要得到重視。

 

　　此外，為了避免電池材料對環(huán)境的污染以及降低電池的全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)成本，動(dòng)力鋰電池的回收再利用必將成為業(yè)界的關(guān)注重點(diǎn)。根據歐盟第2006/66/EC號電池指令，要求2016年電池回收率達到45%，根據電池總類(lèi)的不同，循環(huán)再利用率應達到50%—75%。但是現有鋰電池通常采用高精密涂布技術(shù)制作極片，電池報廢后回收處理極度困難，通常需要經(jīng)過(guò)電池拆解—機械粉碎—濕法或火法冶金等幾個(gè)環(huán)節，回收成本很高。因此，未來(lái)必須開(kāi)發(fā)可回收的新型動(dòng)力電池和環(huán)保高效的回收處理技術(shù)。

 

　　若干啟示與建議

 

　　電動(dòng)汽車(chē)以及動(dòng)力鋰電池技術(shù)已經(jīng)受到美聯(lián)邦政府的高度重視，并且美國已經(jīng)在全球鋰資源控制及技術(shù)投資方面進(jìn)行了戰略布局。我國新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)要取得國際競爭優(yōu)勢，需要高度重視以下三個(gè)技術(shù)方向，并予以支持取得突破：

 

　　(1)基于可回收理念設計的新型鋰電池技術(shù)

 

　　發(fā)展鋰電池的循環(huán)再利用技術(shù)有助于我國降低對鋰礦資源的依賴(lài)并掌握新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)可持續發(fā)展的主動(dòng)權。

 

　　目前的動(dòng)力鋰電池是從手機電池等微小型電池發(fā)展而來(lái)，動(dòng)力電池結構設計并沒(méi)有考慮回收處理的環(huán)節，導致回收成本高、污染大，這將給我國新能源汽車(chē)的可持續發(fā)展帶來(lái)嚴峻的挑戰。因此，開(kāi)發(fā)易回收的新型動(dòng)力電池技術(shù)具有重要的戰略意義?；谝谆厥绽砟钤O計的鋰漿料電池是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一種低成本、大容量、長(cháng)壽命的新型鋰電池技術(shù)，有望在電動(dòng)汽車(chē)和電力儲能領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，目前處于基礎關(guān)鍵技術(shù)研究階段。漿料儲能方式非常有利于鋰電池的回收再處理，將是以后重點(diǎn)發(fā)展的儲能動(dòng)力電池技術(shù)方向。

 

　　(2)將電池能量密度和功率密度矛盾解耦的高能快充電池技術(shù)

 

　　美國政府“加快普及電動(dòng)汽車(chē)”計劃不僅高度重視高能量密度(≥500Wh/kg)鋰電池技術(shù)的研發(fā)，同時(shí)非常關(guān)注電動(dòng)汽車(chē)的快速充電技術(shù)(350 kW、10分鐘)。

 

　　基于現有的電池結構和材料技術(shù)，業(yè)界普遍認為電池的高能量密度和高功率密度是一對不可調和的矛盾。但是，將電池能量密度和功率密度矛盾解耦在技術(shù)上是有可能的，需要電池材料和結構技術(shù)的創(chuàng )新突破。國外已經(jīng)在重點(diǎn)布局開(kāi)發(fā)高能快充電池技術(shù)，而我國相關(guān)技術(shù)研發(fā)和支持嚴重落后國際水平，需要得到高度重視。未來(lái)，將電池能量密度和功率密度矛盾解耦的高能快充電池技術(shù)將是新能源汽車(chē)動(dòng)力電池發(fā)展的一個(gè)重要方向。

 

　　(3)電動(dòng)汽車(chē)VEG模式的供能系統

 

　　目前推廣的新能源汽車(chē)充電站/充電樁的充電模式很難滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的大規?？焖俪潆娦枨?，在未來(lái)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)VEG(Vehicle-Energy Station-Grid)模式具有很大的市場(chǎng)潛力。

 

　　在VEG模式中，電動(dòng)汽車(chē)安裝有能夠安全快速充電的動(dòng)力電池，充電方式由用戶(hù)自主選擇——可以在能量站快充，也可以在停車(chē)場(chǎng)或家庭車(chē)庫進(jìn)行慢充。分布式能量站類(lèi)似于現在的加油站，能量站安裝有低成本長(cháng)壽命的MW級儲能電池系統，能夠從電網(wǎng)充電儲存電量后，給電動(dòng)汽車(chē)快速充電;同時(shí)，能量站能夠與電網(wǎng)互動(dòng)，用于電力調峰或調頻。

圖片來(lái)源：找項目網(wǎng)