彭宇星

摘要

电动汽车取代燃油汽车是大势所趋，现行方式还有需要改进的地方，可采用燃料电池、共享电池等方式予以改进。

【关键词】汽车 弊端 优点 瓶颈 设想

近年来，电动汽车一直是整个社会的热点话题、热点产业，受到全社会的广泛关注，各路资本竞相进入电动汽车产业，一个崭新的行业呼之欲出。但数年过去了，电动汽车产业始终没有大的起色，这说明电动汽车产业还有瓶颈需要突破，还需要人们继续拓展思维、革新技术。

1 传统汽车的弊端

汽车是机械、电气、材料等多学科融合发展的产物，是工业文明的重要硕果之一。汽车的出现和普及将人类社会从畜力时代带入了机械时代，大大降低了运输成本和路途时间，促进了各地人民的交往，大大提升了人民的生活幸福感。

曾几何时，我们称美国“车轮上的国家”，截止2017年6月底，我国机动车保有量达3.04亿辆，也成为名副其实的车轮上的国家。我国传统汽车产业蓬勃发展的同时，也存在一系列问题：

1.1 严重的环境污染

根据《中国机动车环境管理年报（2017）》，北京、上海、杭州等城市PM2.5的首要来源就是汽车，汽车还是大气中一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物的重要来源。

1.2 化石能源供应压力

全球范围来看，化石能源是不可再生的能源，页岩油、页岩气等开采技術的出现也只是延缓了其枯竭时间。我国已成为原油净进口国，2016年全年进口达原油3.81亿吨、增长13.6%，能源安全是政府和社会高度关注的话题。

1.3 缺乏核心技术

虽然汽车产销量很大，但我国并不掌握以燃油发动机为代表的核心技术，在产业链上居于弱势地位。

2 发展电动汽车的优点

电动汽车，是指以车载电源为能源、电机驱动的汽车。基于前述因素，电动汽车受到了广泛关注。对我国来说，电动汽车的优点主要是：

2.1 降低环境污染

对于储能电动汽车，其污染主要在电池生产及回收阶段，使用阶段没有污染；对于燃料电池电动汽车，其使用阶段排放也大大低于传统汽车。

2.2 消纳清洁电力

水电、风电、太阳能是可持续使用的清洁能源，但这些能源发出的电力，要么因为发电时点处于用电低谷（如深夜的风电），要么是电站远离用户无法消纳，基于电动汽车的特点，这些宝贵的能源将可能得以利用。

2.3 负荷调峰

随着我国经济社会的发展，电网负荷日益呈现出明显的峰谷特性，而且越是发达地区，峰谷特性越明显，如果出台合理的政策引导用户低谷充电，就可能改变电网负荷特征。

2.4 培育新的增长点

电动汽车是一个崭新的行业，我国与国际水平差距不大，这就为我国电动汽车产业发展提供了弯道超车的机会，电动汽车产业的发展还将带动相关产业的发展。

近年来针对汽车产业，我国陆续出台了一系列政策，概括起来就是限制传统汽车一一原则上不再核准以下新建传统燃油汽车企业投资项目，扶持电动汽车产业发展一一包括购置补贴、限号行驶区域不受限制等，可以说是电动汽车是得到了政策的重点眷顾。

3 电动汽车电池发展现状

目前国内电动汽车都是采用蓄电池作为车载能源，除部分老年代步车采用铅酸蓄电池作为能源外，上牌的电动汽车都采用锂电池作为车载能源。

锂电池以炭或类碳材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，可反复充放电使用。根据正极材料的不同，锂离子电池可分为钴酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元材料电池、锰酸锂电池。

钴酸锂电池最为成熟，电池比容量高、综合性能突出，但全球钴储量有限、价格昂贵、毒性大，作为正极材料电池成本较高。同时其安全性差，在高温、挤压等条件下极易爆炸，钴酸锂电池主要应用于手机、笔记本电脑等消费电子产品和测试仪表中，不适合电动汽车使用。

锰酸锂电池的优点是锰资源丰富，比较容易制备，价格便宜，安全性高，倍率性能好，电池一致性好，电池生产线与钴酸锂电池兼容。缺点是高温性能及循环性能不佳，材料在电解质中会缓慢溶解。锰酸锂电池不是我国的主导类型，没有形成较大的产业集群。

磷酸铁锂电池，又叫磷酸亚铁锂电池或铁锂电池，正极材料采用碳包覆的磷酸亚铁锂，是国内的主导锂电池类型，产业链较为完善。其主要优点是：

（1）支持高倍率长时间稳定放电、大电流充电。

（2）耐高温，环境温度达45℃时，电池寿命几乎不受影响。

（3）不含锂以外的重金属或者稀有金属，无毒。

主要缺点是：

（1）低温性能较差，低于-10℃时容量大幅下降，温度更低时形成的锂枝晶甚至可能引起电池短路，存在较大的安全隐患。

（2）电池单体性能良好，成组后电压、容量不均衡，性能较差的电池放电末期出现反极损坏，进而可能造成整组电池依次损坏。

三元聚合物锂电池正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料。三元材料的优点是安全性能较好、电压良好耐受性，高克容量，钴含量少、价格较为适中，缺点是合成困难，充放电效率较低，和电解液相容性和安全性差，钴、镍是稀有金属，材料易受价格波动影响。

从性能来看，磷酸铁锂电池更为稳定、体积相对紧凑且循环寿命长，电池管理系统不需要过于复杂，因此降低了整车成本。然而，磷酸铁锂电池的能量密度已经要达到极限，今年以来，三元材料电池正逐渐成为电池企业和车企青睐的对象。

4 电动汽车发展瓶颈

据中国汽车工业协会统计，2017年上半年，全国汽车产销1352.58万辆和1335.39万辆，其中新能源汽车产销分别完成21.2万辆和19.5万辆，占比仍然非常小。导致电动汽车发展缓慢的主要因素都与电池有关，概括起来有以下几点：

4.1 充电困难

充电困难的主要原因是充电设施建设滞后，虽然国家先后出台了很多推动充电设施建设的文件，但是充电设施数量仍然非常少，远远没有达到支撑电动汽车正常使用的便利程度。

4.2 充电时间长

标准慢充一般需要6小时?8小时，快充（快速充到80%容量）也需要0.5小时，远远高于燃油汽车加油的几分钟，并且快充对电池寿命是不利的。

4.3 行驶里程短

燃油汽车一箱油可行驶500km，目前电动汽车仅有特斯拉等少数车型可以充满电可以达到这个里程数，多数车型还是只能达到100km?200km，在电池性能下降后行驶里程还将减少。

5 电动汽车发展设想

基于目前电动汽车发展遇到的问题，对未来电动汽车电池发展的设想主要有两個方面：

5.1 采用燃料电池作为动力

燃料电池，是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。从外表上看燃料电池有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”，而是一个“发电厂”，是用静态氧化-还原反应取代动态的发动机燃烧。燃料电池主要有质子交换膜电池、熔融碳酸盐电池、固态氧化物电池等几种类型。质子交换膜电池是目前的主流型号，该型电池燃料为氢气，氧化剂为氧气或空气，发生反应物为水。

相较燃油发电机，燃料电池的主要优点是：

（1）能量转化效率高。燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，没有燃烧过程，不受卡诺循环的限制，最高转换效率可达83%，比内燃机要高2?3倍。

（2）环境有害物排放少。无机械振动，有害气体、噪音排放低。

（3）可靠性高。燃料电池的基本原理非常简单，除了少数运动部件外，它的可靠性和持久性都很高。

燃料电池汽车节能环保，又具有燃油汽车补充能源方便的优点，应该成为未来电动汽车的重点发展方向之一。燃料电池汽车已在上海世博园等地试点使用。

采用氢气作为能源使用方式上非常接近于燃油汽车，也就克服了储能电动汽车充电难等一系列问题。氢气的制备主要有利用化石燃料制氢、电解水制氢、生物制氢等几种方式，作为可持续发展的电动汽车产业，应采用电解水制氢方式，可以采用在深夜、丰水期、远离负荷的新能源发电站等过剩电量电解水储存氢气，有效利用绿色能源。

5.2 采用共享电池模式

共享经济是当下非常热门的一个话题，共享单车、共享充电宝等共享概念层出不穷。将共享概念应用到电动汽车上，对电动汽车使用的电池进行标准化，精简到少数几个型号，由电池运营商在全国投资建立类似于加油站的电池更换站，广大电动汽车用户作为电池租用方，在电池电量用完之后只需到电池站更换一组电池即可，电池的采购、充电、维护都由专业电池运营商负责。电池运营商出于资本逐利的特性，一定会千方百计采用寿命长、重量轻、受到客户青睐的电池，也一定会使用低价风电、低谷电量等低成本的电能充电。同时，电池集中到少数几家运营商也非常有利于废旧电池的回收利用。

参考文献

[1]李方方.我国动力锂电池行业现状和发展趋势[J].交通节能与环保，2016（03）.

[2]魏立明.燃料电池发电系统问题研究综述[J].吉林建筑大学学报，2016（05）.

[3]中国汽车百人会网站相关资料.

[4]中关村储能产业技术联盟网站相关资料.

[5]中国机动车环境管理年报（2017）.