歐陽明高院士 | 在爭(zhēng)論中探索前行的中國(guó)新能源

首進(jìn)國(guó)家規(guī)劃：節(jié)能與新能源雙重戰(zhàn)略

上世紀(jì)八十年代，日本汽車大舉進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)，讓美國(guó)汽車業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中失利。為應(yīng)對(duì)日本車廠的挑戰(zhàn)，同時(shí)提高汽車的燃料效率，減少排放，1993年，美國(guó)克林頓政府與三大汽車制造商宣布進(jìn)行一項(xiàng)推動(dòng)美國(guó)汽車技術(shù)革命的合作計(jì)劃，即新一代汽車合作伙伴計(jì)劃（PNGV）。1997 年，PNGV計(jì)劃完成新一代汽車的技術(shù)選擇，確定了輕質(zhì)材料、混合動(dòng)力、高性能引擎和燃料電池為主要技術(shù)方向。

在這樣的國(guó)際大背景下，汽車產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、城市空氣污染、石油安全等事關(guān)國(guó)家戰(zhàn)略的重大話題在國(guó)內(nèi)也逐漸受到各界關(guān)注。2001年，科技部組織召開了“十五”國(guó)家863 計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)可行性研究論證會(huì)，確立了“三縱三橫”（燃料電池汽車、混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車三種整車技術(shù)為“三縱”，多能源動(dòng)力總成系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池三種關(guān)鍵技術(shù)為“三橫”）的研發(fā)布局。

歐陽明高介紹，2003年至2006年期間，經(jīng)過國(guó)家中長(zhǎng)期科技規(guī)劃能源領(lǐng)域和交通領(lǐng)域?qū)＜医M以及行業(yè)專家的推動(dòng)，國(guó)家正式提出了節(jié)能與新能源汽車的雙重發(fā)展戰(zhàn)略。低能耗與新能源汽車、氫能及燃料電池技術(shù)分別被納入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020 年）》中的優(yōu)先主題和前沿技術(shù)，中國(guó)新能源汽車首次進(jìn)入到國(guó)家戰(zhàn)略層面，并由此拉開了中國(guó)新能源汽車高速發(fā)展的序幕。

彼時(shí)，我國(guó)新能源汽車的發(fā)展方向還不明晰，各方持有不同的意見?！耙黄?、東風(fēng)、長(zhǎng)安等大國(guó)企都偏向于推動(dòng)混合動(dòng)力汽車，專家組部分人員則傾向于燃料電池，純電動(dòng)汽車反而不被看好。當(dāng)時(shí)大家對(duì)純電動(dòng)汽車的信心不足，最主要的原因是當(dāng)時(shí)的電池技術(shù)不好。所以專家組成立后的第一件事情就是到全國(guó)去考察電池企業(yè)?！睔W陽明回憶

歐陽明高與馬斯克在一起

“十一五”期間，我國(guó)的新能源汽車從打基礎(chǔ)進(jìn)入到示范推廣階段。2008年的北京奧運(yùn)會(huì)是中國(guó)電動(dòng)汽車走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，也是全球第一次大規(guī)模的示范。

而在大洋彼岸，奧巴馬于2008年成功當(dāng)選美國(guó)總統(tǒng)，開始了對(duì)包括電動(dòng)汽車在內(nèi)的新能源產(chǎn)業(yè)的大力扶持。在奧巴馬任期內(nèi)，光伏企業(yè)、電動(dòng)汽車企業(yè)和電池企業(yè)等獲得了大量資金支持。

同樣在2008年，特斯拉推出純電動(dòng)跑車Roadster，最大續(xù)航里程可達(dá)到393公里。隨后的2010年，日產(chǎn)Leaf問世，具備200公里的續(xù)航能力。當(dāng)年這些高續(xù)航車型的出現(xiàn)讓大家看到了純電動(dòng)汽車普及的可能性。在此期間，國(guó)內(nèi)也相繼出現(xiàn)了更好的動(dòng)力電池，錳酸鋰、磷酸鐵鋰電池開始被應(yīng)用到汽車上。

但另一方面，國(guó)際上包括豐田在內(nèi)的國(guó)際大型車企則采用了“燃油車-混合動(dòng)力汽車-燃料電池汽車”的發(fā)展思路，美國(guó)三大汽車公司也已經(jīng)放棄研發(fā)純電動(dòng)汽車。與燃料電池汽車所具有的超前概念和混合動(dòng)力汽車已有的成功先例相比，純電動(dòng)汽車面臨著進(jìn)退兩難的尷尬局面，也受到了社會(huì)輿論和行業(yè)專家的更多關(guān)注。

歐陽明高回憶：“在這一背景下，中國(guó)開始布局“十二五”的規(guī)劃，當(dāng)時(shí)電動(dòng)轎車雖然續(xù)航里程還不長(zhǎng)，國(guó)際上也對(duì)純電動(dòng)汽車還存在爭(zhēng)議，但是我們研究之后認(rèn)為，以純電動(dòng)汽車為突破口是非常好的產(chǎn)業(yè)化路徑?！?/p>

2009年3月，國(guó)家最高領(lǐng)導(dǎo)人第一次提出新能源汽車代表著汽車工業(yè)的發(fā)展方向，并于8月在北戴河召開了高層研討會(huì)，會(huì)上首次提出了純電驅(qū)動(dòng)（包含純電動(dòng)、插電式混合動(dòng)力和燃料電池動(dòng)力）的技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，并在“十二五規(guī)劃”中得到明確。當(dāng)年的“兩會(huì)”上，歐陽明高首次提出轎車要以純電動(dòng)為重點(diǎn)發(fā)展方向，以鋰離子電池和純電動(dòng)汽車為技術(shù)平臺(tái)突破口，帶動(dòng)新能源汽車全方位發(fā)展。經(jīng)過多年的發(fā)展，中國(guó)鋰離子電池出現(xiàn)了歷史性的進(jìn)步和革命性的突破，成為全球鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈最全、規(guī)模最大、水平最高的國(guó)家。

歐陽明高在 2021 年“中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇”上發(fā)言

歐陽明高強(qiáng)調(diào)：“2014 年，習(xí)近平總書記在上?？疾鞎r(shí)提出，發(fā)展新能源汽車是汽車大國(guó)邁向汽車強(qiáng)國(guó)的必由之路。中國(guó)新能源汽車從此迎來最強(qiáng)推動(dòng)力，市場(chǎng)急速拉升，中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)化也從此進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展階段。”

無論是在市場(chǎng)層面，還是在技術(shù)層面，中國(guó)新能源汽車的發(fā)展都走在了世界前列，但關(guān)于新能源汽車技術(shù)路線和戰(zhàn)略方向的爭(zhēng)論從未停止。2016-2020年期間，行業(yè)發(fā)生了多次關(guān)于新能源戰(zhàn)略和技術(shù)路線的討論，聚焦點(diǎn)是純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車的技術(shù)路線之爭(zhēng)。

歐陽明高指出，當(dāng)時(shí)傳統(tǒng)汽車巨頭更喜歡混合動(dòng)力和燃料電池汽車，外行業(yè)反而喜歡純電動(dòng)汽車，這與傳統(tǒng)汽車的 產(chǎn)業(yè)形態(tài)和文化都有一定的關(guān)系。混合動(dòng)力和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈與傳統(tǒng)汽車基本一脈相承，但是純電動(dòng)疊加智能化技術(shù)之后，與傳統(tǒng)汽車完全離經(jīng)叛道，這對(duì)傳統(tǒng)汽車行業(yè)的人來說更難以接受。

“不僅如此，石油、化工、煤炭等傳統(tǒng)行業(yè)都更青睞氫能，因?yàn)榈诙文茉锤锩詠淼倪@些傳統(tǒng)行業(yè)都能跟氫能掛上鉤，但跟電池不相干。燃料電池是變革性的，傳統(tǒng)行業(yè)都能逐漸過渡到氫能，但純電動(dòng)+智能化是真正的革命性的。”歐陽明高表示。

在不斷的爭(zhēng)論中，純電動(dòng)技術(shù)路線的弱點(diǎn)既在不斷暴露，也在不斷完善和解決。續(xù)航、壽命、安全、低溫衰減等問題都有了大幅改善，純電動(dòng)汽車的成本優(yōu)勢(shì)也越來越突出。

近期，燃料電池汽車再次成為熱點(diǎn)話題，特斯拉CEO埃隆·馬斯克和大眾集團(tuán)CEO赫伯特·迪斯對(duì)燃料電池汽車的炮轟更是將其推向了輿論風(fēng)口。而這一切的根源在于火力發(fā)電,尤其是煤炭發(fā)電仍是全球最主要的發(fā)電類型，單從化石能源的角度來看，無論是純電動(dòng)汽車還是氫燃料汽車都并非零排放，燃料電池與純電動(dòng)也難以爭(zhēng)出高下，反倒是混合動(dòng)力的轉(zhuǎn)化效率更高。

“若從碳減排的角度出發(fā)，新能源汽車最終都將轉(zhuǎn)向風(fēng)電、太陽能等可再生能源，而風(fēng)電和光伏發(fā)電用于純電動(dòng)汽車效率最高、成本最低。反之，通過動(dòng)力電池儲(chǔ)能又可以解決光伏和風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)性問題。光伏和風(fēng)電的發(fā)電成本雖然不高，儲(chǔ)能成本卻極高，目前沒有比電動(dòng)汽車更好的儲(chǔ)能方式了。”歐陽明高表示。

但是，動(dòng)力電池只能作為短周期儲(chǔ)能裝置，跨季節(jié)的長(zhǎng)周期儲(chǔ)能就需要利用氫能?！半m然氫能的轉(zhuǎn)化效率不高，但效率的觀點(diǎn)是對(duì)化石能源而言的，可再生能源不存在效率問題，只存在成本問題。當(dāng)可再生能源發(fā)電的成本足夠低的時(shí)候，氫能就成為了長(zhǎng)周期、大規(guī)模儲(chǔ)能的最佳載體。”歐陽明高認(rèn)為。

2020年12月21日，國(guó)務(wù)院發(fā)布《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展》白皮書，清晰描繪了中國(guó)2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”的路線圖。在近期的中央經(jīng)濟(jì)會(huì)議上，“2030年碳達(dá)峰”和“2060 年碳中和”被列為2021年八項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)之一。

對(duì)于交通部門來說，電動(dòng)汽車加上完善的交通基礎(chǔ)設(shè)施將是路面交通部門實(shí)現(xiàn)脫碳的重要途徑。在“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目標(biāo)指導(dǎo)下，純電動(dòng)汽車和燃料電池之間的爭(zhēng)論得到了很好的統(tǒng)一，我國(guó)新能源汽車也進(jìn)一步堅(jiān)定了戰(zhàn)略方向。長(zhǎng)期來看，二者最終將超出汽車行業(yè)本身，成為智慧能源網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的一部分，長(zhǎng)期共存。

以2001年確立“三縱三橫”研發(fā)布局為始，我國(guó)新能源汽車發(fā)展已經(jīng)歷經(jīng)整整20年。以2009年“十城千輛”為起點(diǎn)，我國(guó)新能源汽車的市場(chǎng)化推廣也已超過十年，歷經(jīng)了以公共領(lǐng)域示范為主的萌芽期、財(cái)政補(bǔ)貼加大和銷量快速增長(zhǎng)的成長(zhǎng)期以及政策驅(qū)動(dòng)走向市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇的調(diào)整期。如今，中國(guó)已成為全球最大的新能源汽車單一市場(chǎng)。

經(jīng)過三次重要戰(zhàn)略抉擇和長(zhǎng)達(dá)十年的市場(chǎng)化推廣，我國(guó)新能源汽車的戰(zhàn)略方向已經(jīng)基本明確，市場(chǎng)前景也已逐步明晰。但從技術(shù)發(fā)展角度來看，鋰離子電池技術(shù)還有很大的改進(jìn)空間，燃料電池技術(shù)經(jīng)濟(jì)性還有待提高。

歐陽明高認(rèn)為，燃料電池技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用將在十年之后，但其不會(huì)與純電動(dòng)技術(shù)在轎車領(lǐng)域構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)。“以 70MPa的儲(chǔ)氫瓶為例，儲(chǔ)氫瓶、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助電池組成的動(dòng)力系統(tǒng)比鋰離子電池動(dòng)力系統(tǒng)的體積要大得多，對(duì)于注重體積比能量的轎車而言無疑是最大的硬傷。從目前的全球共識(shí)來看，燃料電池技術(shù)將主要應(yīng)用于長(zhǎng)途重卡領(lǐng)域。此外，在輪船、火車、飛機(jī)等非汽車類交通上，燃料電池將擁有更高的市場(chǎng)占有率。”

據(jù)歐陽明高介紹，對(duì)于燃料電池汽車，當(dāng)前的主要挑戰(zhàn)是氫能技術(shù)落后于燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。傳統(tǒng)氫能技術(shù)，如堿性電解水制氫、壓縮制冷氫液化等效率偏低，成本偏高，只能作為近中期過渡性方法，液氫方案還涉及加氫站、液氫設(shè)備、液氫運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)，是一個(gè)浩大的工程，需要全鏈條科學(xué)技術(shù)的突破。另外，燃料電池的成本會(huì)快速降低，但儲(chǔ)氫瓶因?yàn)樾枰褂酶邚?qiáng)度炭纖維材料，短期內(nèi)并沒有太大的降成本空間。

相比而言，已經(jīng)取得階段性突破的鋰離子電池汽車將率先大規(guī)模應(yīng)用。歐陽明高指出，如果與內(nèi)燃機(jī)類比，現(xiàn)在的鋰離子電池和燃料電池就像上世紀(jì)二三十年代的汽油機(jī)和柴油機(jī)，創(chuàng)新的空間還非常大。

“在電池安全方面，以前源頭沒有得到有效控制，只能通過在后端的使用過程中去監(jiān)測(cè)和控制?，F(xiàn)在鋰離子電池的安全機(jī)理已經(jīng)研究清楚，以材料創(chuàng)新來改善電池的本征安全，利用全生命周期無損檢測(cè)與預(yù)警提升主動(dòng)安全，通過熱管理技術(shù)保證電池不起火提升被動(dòng)安全，三者結(jié)合將解決當(dāng)前鋰離子電池最大的安全問題。”歐陽明高表示。

此外，電池的使用壽命也已經(jīng)可以通過補(bǔ)鋰技術(shù)得到解決，冬季續(xù)航衰減問題也已經(jīng)有了新的解決方案，可在冬季對(duì)電池進(jìn)行快速升溫（8℃/min），相比原有陶瓷片加熱和摻雜技術(shù)方案，新技術(shù)擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高的優(yōu)勢(shì)。

純電動(dòng)汽車的另外一大痛點(diǎn)充電效率問題也已有新的突破。對(duì)于續(xù)航600km的車輛目前可以達(dá)到充電5分鐘續(xù)航 200km的水平，充電10分鐘續(xù)航400km的快充技術(shù)也已經(jīng)在量產(chǎn)的路上。新技術(shù)的推出將解決長(zhǎng)途應(yīng)急充電的問題，與日常家用慢充形成有效互補(bǔ)?！拔覀兡壳罢谂c國(guó)家電網(wǎng)合作在高速公路布置‘快充快換綜合站’，推行‘卡車快換、轎車快充’的補(bǔ)能模式，利用綜合站里的卡車備用電池為轎車充電?！睔W陽明高指出，雖然行業(yè)比較看好全固態(tài)電池，但鋰離子電池本身的巨大創(chuàng)新空間讓其足以滿足轎車的使用需求。至于未來是否會(huì)切換到全固態(tài)電池，目前還存在很大的不確定性。

寧德時(shí)代新能源動(dòng)力電池展

在中國(guó)市場(chǎng)的影響下，汽車電動(dòng)化熱潮一浪高過一浪。大眾、通用、福特等國(guó)際汽車巨頭紛紛加速電動(dòng)化轉(zhuǎn)型，就連一直對(duì)純電動(dòng)汽車不夠重視的豐田也將發(fā)展重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了電動(dòng)汽車。

在市場(chǎng)層面，歐洲去年反超中國(guó)成為最大的新能源汽車市場(chǎng)，美國(guó)特斯拉的銷量也遠(yuǎn)超同行，國(guó)產(chǎn)后的特斯拉對(duì)中國(guó)車企形成巨大擠壓。隨著國(guó)外政府對(duì)電動(dòng)汽車的重視以及國(guó)際汽車巨頭的持續(xù)發(fā)力，中國(guó)新能源車企正面臨越來越激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

對(duì)于中國(guó)電動(dòng)汽車所面臨的的挑戰(zhàn)，歐陽明高并不擔(dān)心：“我們不用畏懼國(guó)際巨頭，市場(chǎng)強(qiáng)勢(shì)、技術(shù)弱勢(shì)的局面在電動(dòng)汽車領(lǐng)域已經(jīng)得到了根本性改變。中國(guó)當(dāng)前的狀態(tài)更好，趨勢(shì)也更好。對(duì)于電池、電機(jī)、電控幾大核心部件的技術(shù)掌握，中國(guó)也都已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。尤其當(dāng)電動(dòng)汽車走向智能化以后，或許真能讓中國(guó)汽車工業(yè)實(shí)現(xiàn)趕超。”

按照轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)來看，汽車最主要的增值部分是數(shù)字化。歐陽明高認(rèn)為，新一輪汽車產(chǎn)業(yè)變革的主導(dǎo)力量將是ICT 行業(yè)，而非傳統(tǒng)汽車行業(yè)?！?strong>將來能與中國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的或?qū)⒅挥忻绹?guó)，日本和德國(guó)更擅長(zhǎng)做耐用消費(fèi)品，在智能化和信息化方面并不占優(yōu)。”

但在基礎(chǔ)學(xué)科上，中國(guó)與領(lǐng)先國(guó)家的差距還很明顯。日本引領(lǐng)著基礎(chǔ)材料科學(xué)，美國(guó)掌握基礎(chǔ)軟件和芯片，德國(guó)掌握基礎(chǔ)設(shè)備。中國(guó)制造從低端走向了中端，但高端制造還沒有實(shí)現(xiàn)突破。“例如燃料電池產(chǎn)業(yè)中的質(zhì)子交換膜、離子壓縮機(jī)、液化設(shè)備等都掌握在國(guó)外手里，全固態(tài)電池與材料科學(xué)關(guān)系密切，中國(guó)也與國(guó)外存在差距。不過，中國(guó)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)是最大亮點(diǎn)，當(dāng)市場(chǎng)走在了前面，就會(huì)帶動(dòng)資本、技術(shù)流入中國(guó)?！睔W陽明高指出。