王朝阳院士：在车上装载那么大的电池包就是“大吃大喝”

王朝阳院士:目前新能源汽车面临三大焦虑:里程焦虑、充电时间焦虑、成本焦虑。目前，大众消费者的成本仍然偏高。但这三种焦虑的本质其实只有一个，那就是充电焦虑。

试想一下，如果我们能在5-10分钟内解决充电焦虑，方便地补充能量，那么里程焦虑自然就消失了。如果我们开一辆车跑400km，司机就要上厕所，查手机，买杯咖啡，然后10分钟后车就充满电了，就不会再有里程焦虑了。

另外，充电焦虑解决后，其实我们可以大大降低车载电池的成本。我们不需要在车上装80度和100度的电池组，可以用40-50度电的小电池。变亮后，我们还可以方便地补充能量。40-50度电的电池组比80-100度的便宜一半，所以成本直接砍了一半，这对于电动车来说很常见。

问:你的新研究表明，磷酸铁锂电池充电10分钟后可以续航250公里左右。这个速度现在市面上还没有民用的。这是怎么做到的？有哪些技术难点？

王朝阳院士:利用热控技术，这项科技让事情变得非常简单。无论是磷酸铁锂电池还是其他任何电池，其实热控技术适用于所有的材料体系和化学体系。

就是在电池里埋一层10微米左右的薄镍箔作为加热器。所有的电池都有能量，有了加热器，你就可以利用电池的能量实现快速加热。因此，我们可以快速调整电池的温度，以满足电力需求。比如有时候我要开车，需要大功率的时候，那就把温度调高一点。我想实现10分钟的快充，这样可以增加它的动力性能，让大电流吸收进电池，避免高温快充时锂析出。同时，我们只是利用5-10分钟快充的特性来控制高温下的工作时间，自身充电最多10分钟，高温下停留时间短，避免了材料的老化。

最重要的是热控技术，比头发还细。用于加热器的镍箔是一种普通材料，但它可以做得很薄。这种10微米的镍箔几乎不增加重量或体积，而且加热速度非常快，非常灵敏。这样我们就可以让磷酸亚铁锂和三元电池都快充10分钟。

问:充电速度快了之后，公众包括业界都会担心安全问题。会有这样的担心吗？

王朝阳院士:问题不大。如果在常温和低温下快速充电，会有大量的锂析出，造成短路，从而引发安全问题。但我们的高温快充避免了锂析出，消除了安全隐患。

其次，目前为了让锂离子在低温下跑得快，电解液不容易冻结，需要在电解液中加入大量的高挥发性溶剂，而高挥发性溶剂是导致电解液燃烧的原因。现在我们依靠自热来提高低温下的性能，这样就可以淘汰高挥发性和易燃溶剂，生产不燃电池，安全性大大增加。

问:目前业内有没有这种方案的实践？

王朝阳院士:我们的计划是开放的技术推广。这些技术在科学和样品性能上已经非常成熟，并且已经由第三方独立验证。

当然，做出产品，然后推向市场，需要付出更多的努力。如果国内有大型电池厂商或者车企，可以来找我们拿技术牌照，尽快把这种快充技术推向市场。目前宝马和国内一些参加冬奥会的车企都在践行。

美国也有几家公司正在不同的应用场景中构建新的快速充电电池。比如物流仓库用的叉车电池需要24小时连续工作，几个小时都充不上电，会耽误事情。这就需要快充电池，国外公司已经在建了。此外，我们最近发表了一篇关于飞行汽车电池的文章，它也具有快速充电性能。

问:如果国内团队要这么做，制造成本会有很大的增加吗？

王朝阳院士:生产成本包括几个方面。第一，原材料涨幅不大。添加的是10微米的镍箔，数量很少。在一篇专家评审的文章中，估计镍箔的材料成本占比不到0.2%，可以忽略不计。

另一个是将镍箔插入电芯的过程。每家的工艺和制造都不一样，很难评价。我相信会有制造工程师等其他专家来做这件事。总的来说，我相信这个工艺很简单。

这么复杂的手机组装制造，国内企业都是物美价廉。中国制造业增加一个镍芯片怎么会这么难？

问:大家也很关心环保。这些电池技术好，然后用了五年十年，你怎么处理？从这个角度有什么探索吗？

王朝阳院士:目前新能源汽车的动力电池还不能回收，这是一个很大的任务。需要开发回收技术。

好在目前动力电池还不够，但是一旦进入下一阶段，有了更大的电动车市场，电池量是巨大的，必须回收。

回收电池一定要有好的技术，让回收成本低于原材料成本。据我所知，目前还没有成熟的回收技术，可以做到既经济又节能。

问:如何看待磷酸铁锂电池、锂电池、氢能的区别和优缺点？

王朝阳院士:它们都是基于电化学的原理，即化学能和电能之间的直接转换。其实我们统称之为电化学发动机，和内燃机是不一样的。电化学发动机是1997年提出的概念。

具体来说，磷酸亚铁锂的优势很明显。第一，非常安全；二是成本极低，三是原材料用量非常大，如磷、铁等，储量巨大。

但目前电动车用磷酸亚铁锂有两个巨大的弱点，但都在慢慢被克服。首先，它的低温性能很差。磷酸铁锂电池的车主会发现冬天很容易蹲伏，只是因为电池的低温性能很差，而热控技术完全可以解决这个问题。其次是缺乏快充能力，但现在10分钟快充技术已经在研发测试中得到充分证明，剩下的只需要推广应用。所以磷酸亚铁锂克服了这两个问题之后，未来的前景会更好。

专家经常担心磷酸亚铁锂的能量密度比三元差一点，但是我们还没发布，正在研发的第二代热控电池可以达到300Wh/kg，成本可以降到0.35元/瓦时。所以在我看来，磷酸亚铁锂很有潜力。

三元电池的优势也很明显，能量密度高，但安全性差，成本高，尤其是其中使用的“钴”和“镍”是不可持续的战略物资。目前电动汽车的市场渗透率还很低，大概在5%左右。如果在中期发展阶段渗透率达到50%左右，所有车企都要考虑钴和镍能否持续供应。一旦考虑到这个问题，就要做一些其他的准备。

最近在新闻上看到特斯拉和苹果都在紧盯磷酸亚铁锂，有一定道理。从长期原料供应的角度，我们需要考虑这些。

第三种氢燃料电池的优点是可以快速补充能量，即快速加氢，但成本居高不下。

事实上，氢燃料电池的成本需要降低一个数量级才能产业化。如果想把成本降低一个数量级，就需要科学上的突破。想要诺贝尔奖级别的科学突破，仅仅依靠产业化和投资是无法取得科学突破的。科学突破很难用时间来衡量。它们可能发生在明天，下个月，十年后，或者50年后。

所以在氢燃料电池方面，我建议加大基础研究的投入和鼓励，希望能有诺贝尔奖级别的科学发现，在产业化之前充分论证，让投资和资源得到更有效的利用。

问:未来这些电池的实际应用会如何发展？

王朝阳院士:我们必须面对大众市场的用户，生产家家户户买得起的汽车。不能总把价格定在40万，这不是普通人能消费的水平。当你想降低成本的时候，电池成本会有巨大的空机会。但是，三元电池不会消失。在很多高端应用中，对能量密度的要求很高，对价格不是特别敏感。三元电池肯定有自己的作用。

问:磷酸铁锂电池和三元电池在续航方面的发展和进步如何？

王朝阳院士:未来的续航问题不仅仅是靠能量密度来解决，还需要快速充电，也就是便捷的能量补充。即使三元电池能量密度很高，我们也只想做40-50千瓦时的电池，而不是100甚至150千瓦时的。无论技术和能量密度有多高，150度的电总比40度的电多付出三倍以上。如果我在上海上班，带着一个大电池组，这不是浪费能源吗？

新能源汽车是实现碳中和最重要的手段，节能仍然是第一位的。尽管我们使用各种新技术，我们仍然需要节约能源。装这么大的电池组，就是“大吃大喝”，会花很多钱，浪费。快充是按需的，你需要多少能量就供应多少。快速充电是最节能的方式，对整个社会的影响最好。新基础设施的表现在这里，就是把公共快充桩建设好，让每个人都能享受到能源快速补给的基础设施，这就是惠民。

问:你认为电池制造在供应链方面吗？未来会有什么变化？

王朝阳院士:我认为会有交叉和跨界。国内的电池厂商到了一定的时候会想造车，车企也认为电池不能总让别人做。毕竟，电池实际上是汽车的心脏。电池就像燃油汽车的发动机。汽车公司不自己造发动机，那就不是汽车公司。

未来五年，电池和电动车的市场竞争将会非常激烈。现在产能过剩，竞争会很激烈，最后可能只有少数头部企业胜出，所以一定要在技术上保持领先。以手机为例。诺基亚曾经是世界第一，但它很容易崩溃。

问:你研究的热控技术实现了飞行汽车电池的极速长寿命充电。这个行业的成熟期还要多久才能到来？

王朝阳院士:我们观察到的飞行汽车还远远没有普及。汽车在未来将是一个巨大的产业。它将主要解决大都市的交通拥堵问题，进而使城市交通在3D 空间。

目前估计可能在2025年左右。首先，商业出租车车队服务将会出现，而不是私有化的飞行汽车。比如在上海，从市中心到机场，他能保证10~15分钟把你送到。然后就是私人飞行汽车，就像哈利波特用扫帚飞行一样，是人类的梦想。

从技术上讲，有两个关键技术。一是安全。如果把人弄进空，一定要保证绝对安全。第二是电池技术，因为上升到空不仅需要能量密度，还需要功率密度，因为垂直上升空和垂直下降都需要高功率运行。

我对这一块非常感兴趣，我认为这是一个很好的科学应用。我的梦想是在退休前驾驶飞行汽车去上班。

问:你对当前火热的新能源行业和飞行汽车行业有什么建议或话？

王朝阳院士:新能源汽车一定要遵守能量守恒定律，也就是热力学第一定理，所以一定要扎实，没有任何闪失的余地。所以，当一个车企宣称自己有1000km续航的时候，不管技术多高，一定需要150 kWh的电池。这样的高能电池，一定要耗费大量的原材料，这是不可否认和忽视的。

这些遵守能量守恒定律的例子，我称之为“诚实的能量”，在能量领域工作必须诚实，没有别的办法。

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