出品|《新基建访谈》No.43
采访|丁广胜
整理|重重
王朝阳院士是美国国家发明家科学院院士、宾夕弗尼亚州立大学讲席教授、电池与储能技术研究院院长、电化学学会电池分会执行委员、北京科技冬奥新能源汽车专家组专家、世界新能源汽车大会科技委员。
他还是2020年斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家中位居前列的专家，其电池制造实验室在2011年美国前总统奥巴马对宾州州立大学的访问中受到专门报道，被称为“美国达到一百万辆电动汽车宏伟计划的技术和人才来源地”。
所以，为了弄清楚我们对电池技术发展的种种疑惑，我们特邀王朝阳院士参加《新基建访谈》，在这深入交流的一个小时中，他向我们阐述了电池发展的现状和未来，一针见血，观点独到。
王朝阳院士认为，现在新能源汽车面临的三大焦虑：里程焦虑、充电时间、成本焦虑，这三大焦虑的本质实际上只有一个，就是充电焦虑。而充电焦虑的解决不是靠增加电池包的大小，而是依靠快充。
他表示车厂不断增大电池包不是一个好办法，“新能源汽车必须遵守能量守恒定律，即热力学第一定理，一定要扎扎实实的，容不得半点忽悠。所以，当车企声称它有1000km续航的汽车，那他一定需要150度电的电池，无论技术有多高。但这么大能量的电池一定需要很高的价钱，一定会消耗大量的原材料，这是无法否认和忽视的。”
而快充技术的方案是，能够5-10分钟便捷的补能，40~50度电的电池包比80~100的要便宜一半，成本减半，这对电动汽车的普及非常重要。
谈及快充技术的安全问题，王朝阳院士告诉《新基建访谈》，假如目前普遍的在常温和低温情况下快速充电，有大量的析锂，有造成短路的风险。但是高温快充避免析锂，其实是消除了安全隐患。
在应用和推广方面，其专利技术已被北京2022冬奥会及宝马、北汽等采用。具体到推广方案，王朝阳院士表示，“我们的计划是开放式的技术推广，经过了第三方的独立验证，并且已在全球进行授权技术许可，已经有几家公司在打造不同应用场景的快充电池新产品。我们愿意和支持国内的电池制造商或者车企，一起推动中国的新能源汽车产业。
他还举例道，物流仓库里使用的叉车需要24小时不间断工作，几个小时的充电时间会耽误事儿，这就需要快充电池。
至于电池行业格局的演进变化，他坦言一定是交叉和跨界，“电池制造商到了一定的时候会想造车，车企也想着电池不能老是由别人制造，毕竟电池实际上是一辆车的心脏，电池就跟燃油车的发动机一样，一个车企不自己造发动机，那也不算是车企。”
此外，王朝阳院士还有个梦想是能够在退休前开着飞行汽车去上班。在飞行汽车领域，电池的快充性能同样非常重要，他预估可能会是在2025年左右，商用的飞行出租车车队服务将会出现，从市中心到机场，能够保证10~15分钟把你送到。
以下为网易专访王朝阳院士实录摘要：
问:您的团队攻克了锂电池快速充电和电池寿命难以兼得的问题，有望解决新能源汽车的“里程焦虑”和“充电时间焦虑”难题。请问这个研究的背景是什么？
王朝阳院士：现在新能源汽车面临的是三大焦虑，里程焦虑、充电时间、成本焦虑，目前对大众消费者来讲成本还是偏高。但这三大焦虑的本质实际上只有一个，就是充电焦虑。
你设想一下，假如我们解决了充电焦虑，能够5-10分钟很便捷的补能，那么里程焦虑自然就消失了。假如我们一辆车子开了400km，驾驶员得去上个洗手间，再看看手机，再买杯咖啡，然后车子利用这10分钟又充满电了，就不会再有里程焦虑这个问题了。
另外，充电焦虑解决之后，实际上我们可以大大降低车载电池的成本，我们就不需要在车上载有80度电、100度电的电池包，可以用40~50度电的小电池，小轻化以后，还可以方便的补能，40~50度电的电池包比80~100的要便宜一半，所以成本直接就削了一半，这对电动汽车的普及化非常重要。
问：您的新研究表明，充电10分钟，磷酸铁锂电池即可续 航约250公里。这个速度现在市面上民用是没有的，这是怎么做到的？技术难点在哪里？
王朝阳院士：利用热调控技术，这项科学技术让事情变得很简单。不论是磷酸铁锂电池还是任何其他电池，实际上，热调控技术对所有的材料体系和化学体系都适用。
它就是在电池中埋了一片大概10微米的很薄的镍箔作为发热体。电池都有能量，有了发热体后就可以利用电池自带的能量实现快速加热。由此，我们可以通过快速地调整电池的温度来达到功率的需求。比如有时候我要开车，需要大功率，那就把温度提得高一点，我想达到10分钟快充，就让它的动力学性能增加，这样就可以把大电流吸收到电池中，在高温快充的时候就可以避免析锂。同时，我们又恰恰利用了5-10分钟快充这个特点来控制高温下的工作时间，本身充电最多10分钟，待在高温的时间很短，这就避免了材料的老化。
最关键的就是热调控技术，这个发热体要薄到比头发丝还薄。发热体所用的镍箔是很普通的材料，但是可以做得很薄。这10微米的镍箔，几乎不增加重量，也不增加体积，它的加热速度又非常快和灵敏。这样我们就可以使得磷酸铁锂或者三元电池都达到10分钟的快充。
问：充电速度快了之后，大众包括产业界他们就会担心安全的问题，会不会有这样的担忧？
王朝阳院士：没有太大问题。假如是在常温和低温情况下快速充电，有大量的析锂，造成短路，会引起安全问题。但是我们的高温快充避免析锂，消除了安全的隐患。
第二点，目前市场上电池为了让低温情况下的锂离子跑得很快，电解液不容易被冻住，需要在电解液中加入很多高挥发性溶剂，而高挥发性溶剂正是引起电解液燃烧的原因。现在我们依靠自加热来改善低温的性能，就可以剔除高挥发性、易燃溶剂，生产非燃电池，大大增加安全性。
问：这个方案在工业界目前有一些实践吗？
王朝阳院士：我们的计划是开放式的技术推广。这些技术在科学上、样品表现上都十分成熟，且经过了第三方的独立验证。
当然，想做成产品再推广到市场需要更大的努力，如果国内有大规模的电池制造商或者车企，可以来我们这里得到技术许可，把这项快充的技术尽快推广到市场上，目前已经有宝马和国内参与冬奥会的一些车企正在实践。
美国也有几家公司在打造不同应用场景的快充电池新产品。举个例子，物流仓库里使用的叉车电池，它需要24小时不间断地工作，因此它不能充长达几个小时的电，会耽误事，这就需要快充电池，在国外已经有公司在打造。另外，我们最近发表的一篇文章是关于飞行汽车电池的，也有快充的性能。
问：如果国内的团队要做这件事，制造成本方面会有很大的增加吗？
王朝阳院士：制作成本涉及几个方面。第一，原材料的增加不多，增加的是一个10微米的镍箔，它的量很小，在一篇经过专家评审的文章中，有估算过镍箔的材料成本占据不到0.2%，可以忽略不计。
另外一个就是把镍箔插入到电芯中这道工艺。每家的工艺和制造不一样，难以评估，相信会有制造工程师等其他专家去做这个事，总体来说，我相信这道工艺很简单。
手机这么复杂的装配、制造，国内企业都搞得漂漂亮亮、物美价廉，加一个镍片怎会难到中国的制造行业呢？
问：环保的问题大家也十分关注，这些电池有了好的技术，然后用了五年、十年之后，它是怎么处理呢？从这个角度您有没有一些探索？
王朝阳院士：目前新能源汽车的动力电池还无法回收，这是一个很大的课题，回收的技术需要开发出来。
好在目前动力电池还不够多，但是一旦进入下一个阶段，有了更大的电动汽车市场的话，那电池的量是巨大的，必须要回收。
回收电池必须要有很好的技术，使得回收成本比原材料成本要低。据我所知，目前还没有成熟的回收技术，既能够达到经济性，又能达到节能。
问：您如何看待磷酸铁锂电池和锂电池以及氢能源三者的不同和优劣势？
王朝阳院士：他们都是基于电化学原理，即化学能和电能之间的直接转化。我们实际上把它们统称为电化学发动机，区别于燃烧发动机。电化学发动机是97年就开始提的概念。
具体来说，磷酸铁锂的优点非常明显，第一，非常安全；第二，成本特别低，第三，所使用的原材料量很大，如磷、铁都有着巨大的储量。
不过，目前磷酸铁锂用在电动汽车上面也有两个巨大的弱点，但都在慢慢被克服。第一，它的低温性能很差，用磷酸铁锂电池的车主会发现冬天容易趴窝，就是因为电池的低温性能很差，而热调控技术就能完全解决了这个问题。第二，它缺乏快充的能力，但现在十分钟快充技术在研发小试上已经完全被证实，剩下只需要推广应用。因此，磷酸铁锂克服了这两大难题后，未来前景会更好。
专家经常会担忧磷酸铁锂的能量密度比三元要差一点，但我们还没发布的、正在研发的第二代热调控电池，能量密度可以达到300Wh/kg，成本可以降到0.35元/瓦时。所以我的观点是，磷酸铁锂的潜力非常非常大。
三元电池的优点也很明显，能量密度较高，但是它的安全性差，成本较高，尤其是它所用到的“钴”和“镍”都是不可持续的战略性材料。目前电动汽车的市场渗透率还非常低，在5%左右（欧美在2%-3%左右），如果进入到中期发展阶段，渗透率达到50%左右时，所有的车企都必须考虑“钴”和“镍”能否持续供应上来。一旦考虑到这个问题，就要做一些其他的筹备。
最近在新闻中看到特斯拉和苹果公司都在紧紧地盯住磷酸铁锂，这有一定的道理，从长远的原材料供应角度，需要考虑这些。
第三个氢燃料电池，它的优点就是补能很快，即加氢很快，但它的成本居高不下。
实际上，氢燃料电池的成本需要降低一个数量级才会有工业化的可能性。想要降低一个数量级的成本，需要有科学上的突破，要有诺奖级的科学突破，光是依靠工业化和投资，是砸不出一个科学突破的。而科学上的突破难以用时间衡量，可能明天发生，可能下个月发生，可能十年后发生，也可能50年都没发生。
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，希望能有诺奖级的科学发现，经过充分论证后再进行工业化，这就可以让投资和资源更有效地被利用。
问：那在未来一段时间，这几种电池的实际应用会是怎么的发展走势？
王朝阳院士：我们必须要面对大众市场的用户，要生产出家家户户都能买得起的汽车，不能动不动定价在40万，这还不是老百姓能够消费的水平。到时候想要降低成本，电池成本就有巨大的空间和机会。但三元电池也不会消失，在很多高端应用中，对能量密度要求高，且对价格不是特别敏感，三元电池肯定有它的作为。
问：磷酸铁锂电池和三元电池在续航方面的发展进步，主要靠什么？
王朝阳院士：未来的续航问题不是光依靠能量密度解决，还要靠快充，即便捷的补能来解决。即使是三元电池的能量密度很高，我们也只希望做成40-50度电的电池，而不是做到100度甚至150度电。不论技术多高，能量密度多高，150度电总是要比40度电多付三倍以上的钱。而且假如我就在上海上班通勤，我带着一个很大的电池包到处跑，那不就是浪费能源？
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。尽管我们使用了各种各样的新技术，但还是要节能，装载那么大的电池包，就是“大吃大喝”，就要花费大价钱，就会有浪费。而快充是按需索取，你需要多少能量就补多少能量，快捷补能是能源效率最高的方式，对整个社会影响也最好。新基建的表现就在这里，就是把公共的快充桩建设好，让大家都可以享受到快捷补能的基础设施，这就是造福于人民。
问：您认为电池制造这件事在供应链侧，未来会有哪些变化？
王朝阳院士：我认为会有交叉和跨界。国内的电池制造商到了一定的时候会想造车，车企也想着电池不能老是由别人制造，毕竟电池实际上是一辆车的心脏，电池就跟燃油车的发动机一样，一个车企不自己造发动机，那也不算是车企。
接下来五年，电池和电动汽车的市场竞争都会非常激烈。现在产能已经过剩，会有剧烈竞争，最终胜出的可能只有几家头部企业，所以一定要在技术上保持领先。以手机为例，诺基亚曾经是世界老大，但是它垮下来也很容易。
问:您研究的热调控技术实现了飞行汽车电池极速长寿命充电，这个产业的成熟期大概会多久到来？
王朝阳院士：我们观察到的飞行汽车，还远没有到普及的阶段。飞行汽车未来会是一个巨大的产业，它主要是解决大都市的交通拥堵问题，然后把都市的交通能够在3D的空间当中进行。
目前的预估可能会是在2025年左右，首先要有商用的出租车车队服务出现，还不是私有化的飞行汽车。比如说在上海，从市中心到机场，他能够保证10~15分钟肯定把你送到。然后才是私人飞行汽车，就跟harry potter里头拿着扫把飞一样，这是人类的梦想。
从技术上来讲有两个关键的技术，一个是安全，你把人弄到空中来，肯定要保证绝对的安全。第二个是电池技术，因为升到空中对电池不但有能量密度的要求，对功率密度也有巨大的要求，因为垂直升空和垂直下降需要大功率运行。
我本人对这一块非常感兴趣，我觉得这是一个很好的科学应用。我的梦想就是能够在退休前开着飞行汽车去上班。
问：您对目前火热的新能源行业、飞行汽车行业，有哪些建议或想话说的话？
王朝阳院士：新能源汽车必须遵守能量守恒定律，即热力学第一定理，所以一定要扎扎实实的，容不得半点忽悠。所以，当车企声称它有1000km续航的汽车，那他一定需要150度电的电池，无论技术有多高。这么大能量的电池一定需要很高的价钱，一定会消耗大量的原材料，这是无法否认和忽视的。
这些遵守能量守恒定律的例子，我称之为“诚实的能源”，在能源领域工作必须诚实，别无他法。