中國科學院院士孫世剛：材料/界面/傳輸/系統(tǒng)創(chuàng)新應對鋰電池四大挑戰(zhàn)
“下一代鋰電池主要性能指標包括：高能量密度、高功率密度、高安全性、長壽命、極端環(huán)境適應性和低成本，使鋰電池產(chǎn)業(yè)面臨四大挑戰(zhàn)，需解決材料、界面、傳輸、系統(tǒng)四個層次的關鍵科學問題。”
【電池中國 11月10日 遂寧訊】由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會、中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會、電池中國網(wǎng)聯(lián)合四川省經(jīng)濟和信息化廳、四川省經(jīng)濟合作局、遂寧市人民政府共同舉辦的“2022中國(遂寧)國際鋰電產(chǎn)業(yè)大會暨新能源汽車及動力電池國際交流會”11月9-10日在遂寧召開。
中國科學院院士孫世剛在11月9日上午的主論壇上，就“新能源汽車動力電池發(fā)展與挑戰(zhàn)”作主旨發(fā)言。
在“雙碳”目標疊加能源轉型升級背景下，近年來，全球新能源車及儲能領域呈現(xiàn)跨越式發(fā)展，孫世剛院士表示，“隨著新能源車和儲能產(chǎn)業(yè)進一步快速增長，對動力和儲能電池性能提出越來越高的要求和新的挑戰(zhàn)。”
“下一代鋰電池主要性能指標包括：高能量密度、高功率密度、高安全性、長壽命、極端環(huán)境適應性和低成本。”孫世剛院士指出，為了不斷優(yōu)化主要性能指標，鋰電池產(chǎn)業(yè)面臨四個重大挑戰(zhàn)：
一是鋰資源嚴重受限制。
一方面，我國鋰資源需求量高，另一方面，我國鋰資源以鹽湖為主，鋰含量低，鎂鋰比高，提取難度大，70%的鋰依賴進口，亟需發(fā)展新的材料體系。
二是鋰電池能量密度接近理論極限。
為提高防御半徑，魚雷、無人機等武器裝備的航速和航程亟待提升，需要大幅度提高電池的能量和功率密度，但是鋰電池能量密度的理論極限遠不能滿足發(fā)展重大需求。
三是鋰電池發(fā)生安全性能事故。
過充、析鋰等情況引發(fā)的鋰電池熱失控問題，仍是產(chǎn)業(yè)發(fā)展難點、痛點。
四是極端環(huán)境中鋰電池應用受限。
低溫環(huán)境往往造成電解液黏度增大，離子遷移慢，充放電能量急劇衰減;高溫環(huán)境下正負極界面膜不穩(wěn)定，導致材料結構破壞，產(chǎn)氣易爆。因此，在無人機、航天空間站、深潛器等應用場景需要鋰電池具備更寬的溫度適應性能。
應對上述挑戰(zhàn)，孫世剛院士指出，“需解決材料、界面、傳輸、系統(tǒng)四個層次的關鍵科學問題。”其中，“提升鋰電池能量密度，可以從高容量、低電壓負極和高容量、高電壓正極著手。”
在提升鋰電池安全性能方面，孫世剛院士分享了強化鋰電池“三傳”過程的研究進展。“強化鋰離子傳輸通道，維持材料微觀尺度下的結構穩(wěn)定;強化電子傳輸通道，維持電極和電池的導電網(wǎng)絡;強化電池熱傳出，抑制電池熱失控，提高電池安全性能。”
面向下一代電池路線，孫世剛院士還介紹了鋰-硫電池、鋰-空氣電池、鈉電池、有機電池的優(yōu)缺點和發(fā)展瓶頸。
其中，對于目前有望產(chǎn)業(yè)規(guī)模化的鈉電池，孫世剛院士指出，儲鈉新材料、新型電解液、新體系等亟待突破。
而作為新能源汽車用的另一種電池，氫燃料電池在我國也獲得顯著發(fā)展，但氫燃料電池鉑基催化劑被少數(shù)幾家國際公司壟斷。孫世剛院士強調(diào)，“要適應我國氫燃料電池汽車工業(yè)的快速發(fā)展，研發(fā)催化活性和穩(wěn)定性更高的催化劑并實現(xiàn)商品化應用是關鍵!”
在相關催化劑研究中，“構筑分子選擇性通道，開辟抗CO毒化催化劑設計制備是一個新的研究方向。”孫世剛院士還分享了催化劑的其他研究進展。
最后，孫世剛院士表示，無論是動力/儲能鋰電池，還是氫燃料電池，都面臨不斷提升能量密度、功率密度、安全性、使用壽命、極端環(huán)境適應性和降低低成本的重大需求和挑戰(zhàn)，亟需產(chǎn)學研協(xié)同攻關，解決關鍵科學問題、突破技術瓶頸。
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