我國新能源汽車產業(yè)的狂飆突進，將動力電池與燃料電池推至車用動力變革的前沿。從材料實驗室的微觀突破到整車系統(tǒng)的集成革命，一場圍繞能量密度、安全邊界與成本效率的技術競逐正在重塑產業(yè)格局。在第五屆車用動力系統(tǒng)國際論壇動力電池及燃料電池分會場中，與會專家學者針對動力電池與燃料電池的技術革新與未來發(fā)展，進行了系統(tǒng)闡釋和剖析。

動力電池能量密度與安全性全面提升

新能源汽車對續(xù)航里程需求提升，提高動力電池能量密度成為關鍵因素。當前鋰離子電池雖占主流，但其能量密度接近理論極限，而富鋰錳基正極材料因高比容量和低成本優(yōu)勢，成為提升電池能量密度的優(yōu)質材料。“富鋰正極材料能夠實現(xiàn)300mAh/g的比能量。如果用于固態(tài)電池，電池能量密度能達到600~700Wh/kg甚至更高，為電池發(fā)展注入新的動力。”北京大學教授夏定國說。

據介紹，富鋰錳基材料通過優(yōu)化電池結構有望大幅提升能量密度，但面臨循環(huán)穩(wěn)定性和電壓衰退問題。夏定國帶領團隊通過系統(tǒng)研究，解決了這些問題，實現(xiàn)富鋰材料在保持高倍率的同時不產生電壓衰退。

中國汽車工程學會科技創(chuàng)新部總監(jiān)曲婧瑤則從電氣架構角度提出支撐方案：“高功率負載（如主動懸架/旋轉座椅）需48V架構支撐（歐姆定律降損25%）。特斯拉CyberTruck的環(huán)形網絡已驗證一級配電的可行性，但需突破64V耐壓標準缺失和電弧風險。”而除了工程上的風險之外，48V架構在考慮前期的芯片和產線工藝投入的基礎上，與12V電源架構相比前期成本增加在1500元左右。“預計在2028年~2030年之間，成本有望打平，這是市場化應用的基礎。”曲婧瑤說。

而中國科學院物理所特聘研究員容曉暉則提出鈉離子電池與鋰離子電池的互補路徑。“鈉離子電池具有長壽命、寬溫區(qū)、高倍率、易制造、低成本、高安全的突出優(yōu)勢，其在-40℃低溫下能保持60%容量，10C快充適配重卡日行400km需求，相比鋰離子電池能夠少裝電池，提升15%載貨量。鈉離子電池與鋰離子電池混用可優(yōu)化低溫場景，鈉離子電池用作熱管理電源，已在兆瓦時儲能電站實現(xiàn)應用。”目前，中國科學院物理所牽頭成立的中科海鈉科技責任有限公司，已經具備公斤級的材料量產技術以及電芯的批量制備技術。“中科海鈉在材料方面的生產線已經實現(xiàn)正負極材料千噸級制備，萬噸級生產線初步建設完成，目前準備籌備十萬噸級材料正負極材料生產線建設。而在電芯方面，實現(xiàn)了1GWh的生產線建設，另外我們也將籌備10Gwh的電芯建設產線。”容曉暉說。

固態(tài)電池作為下一代電池技術代表，正從實驗室走向產業(yè)化。其采用固態(tài)電解質替代傳統(tǒng)液態(tài)電解質，提高能量密度并解決了電池安全問題。北京衛(wèi)藍新能源科技有限公司研發(fā)總監(jiān)徐航宇說：“固態(tài)電池理論上有些局限性，畢竟還有液體存在。但實際上混合固液電池已經能夠實現(xiàn)比較好的安全的性能。”混合固液電池作為全固態(tài)電池產業(yè)化之前的過渡方案，展現(xiàn)出良好的安全性能和較高能量密度。徐航宇介紹，通過原位固化技術，可在電池內部形成與正負極顆粒保持原位共形接觸的電解質，提高鋰離子傳導效率，提升電池性能。而在未來，全固態(tài)電池有望成為動力電池市場主流。

動力電池安全性能是新能源汽車發(fā)展的基石，提高安全性能、防止熱失控是技術發(fā)展重點。新國標將“不起火、不爆炸”作為強制性要求，標志著行業(yè)進入“零容忍”安全時代。“新國標取消熱擴散5分鐘緩沖期，新增底部撞擊和快充后循環(huán)測試，并通過涉水綜合場景（振動+鹽霧+泡水）驗證全生命周期安全。”中國汽車技術研究中心新能源汽車檢驗中心韓策博士說。他認為動力電池安全性判定的關鍵挑戰(zhàn)是硫化物體系需大于5MPa壓力維持界面接觸，聚合物體系對溫度敏感（-30℃性能驟降）。因此，中國汽車技術研究中心首席科學家王芳團隊制定了全球首項全固態(tài)判定標準（失液率＜1%），并通過整車級熱擴散測試模擬周邊火災風險。

為提升動力電池安全性能，一方面，通過材料創(chuàng)新，如采用高鎳低鈷或無鈷正極材料，減少熱失控風險；另一方面，優(yōu)化電池結構設計和熱管理系統(tǒng)，確保電池在各種工況下安全運行。中科院電工所研究員王麗芳強調：“電池管理系統(tǒng)的智能化發(fā)展對于提升電池安全性能至關重要。通過實時監(jiān)測電池狀態(tài)，預測并預防潛在的安全隱患，可以有效降低電池安全事故的發(fā)生率。”王麗芳在演講中表示，智能化電池管理系統(tǒng)集成高精度傳感器和先進算法，能實時監(jiān)測電池的溫度、電壓、電流等關鍵參數，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在安全隱患。此外，多層次安全防護體系的建立，如電池包的熱隔離、防火設計等，也提高了電池安全性能。

云山動力董事長袁定凱從大圓柱電池角度提出革命性方案。"全極耳設計將電子遷移距離從1-2米縮短至80毫米，通道數提升千倍，內阻降至1.5mΩ——這是實現(xiàn)10C超充的基礎。我們通過切/折/卷工藝解決極耳焊接粉塵難題，4695電池在-40℃仍可放出60%容量，熱電分離設計使單體熱失控時定向泄壓，模組級熱蔓延測試實現(xiàn)'零引燃'。”袁定凱說。

快充技術對提升新能源汽車用戶體驗意義重大，在消費終端已成為重要賣點。但快充技術依然存在電池老化加速、充電設施不足等挑戰(zhàn)，針對此，行業(yè)內正積極尋求解決方案。

一方面，通過技術創(chuàng)新提高電池快充性能和循環(huán)壽命。例如，采用高倍率充放電材料和優(yōu)化電池管理系統(tǒng)，實現(xiàn)電池在快充條件下的高效、安全運行。“插混動力電池技術的開發(fā)與應用，不僅提升了新能源汽車的續(xù)駛里程，也為快充技術的發(fā)展提供了有力支持。”寧德時代未來能源研究院副院長劉明輝說。

而中汽研新能源汽車檢驗中心（天津）副總工程師樊彬則提出充電兼容性核心解決方案：“我們建立了虛擬場站測試覆蓋98%充電樁故障場景，'六芒星指標'量化充電耗時與功率波動。CCTA認證（如'兆瓦充電之星'）推動車企優(yōu)化V2G電網交互策略。”

燃料電池性能、系統(tǒng)、場景的協(xié)同躍升

燃料電池具有高效、環(huán)保、可再生等優(yōu)點，但截至目前，尚未解決成本問題，這直接導致商業(yè)化進程緩慢。國家電投氫能公司總經理陳平指出：“隨著國產化進程的加速，燃料電池的生產成本有望進一步降低，從而推動其商業(yè)化應用。”陳平介紹，通過材料創(chuàng)新和技術優(yōu)化，能夠顯著提高燃料電池能量轉換效率和耐久性。例如采用新型催化劑和質子交換膜材料，降低內部電阻和能耗；優(yōu)化電池結構設計，提高散熱性能和穩(wěn)定性。降本的核心則是推動燃料電池核心零部件國產化進程，降低生產成本。當前，燃料電池核心零部件如催化劑、質子交換膜等依賴進口，導致成本較高，加強自主研發(fā)和國產化替代，可有效降低成本，提高市場競爭力。

燃料電池系統(tǒng)集成度和智能化水平直接影響其性能和可靠性。當前，燃料電池系統(tǒng)正朝著高度集成化和智能化方向發(fā)展。通過優(yōu)化系統(tǒng)設計，提高系統(tǒng)集成度，降低成本，提高效率。同時，利用大數據、人工智能等技術，實現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)的智能控制和故障診斷。北京航空航天大學助理研究員曹瑞認為：“端云融合的動力電池智慧管控技術為燃料電池系統(tǒng)的智能化發(fā)展提供了新思路。通過實時監(jiān)測燃料電池狀態(tài)，預測并預防潛在的安全隱患，可以有效提升燃料電池系統(tǒng)的安全性和可靠性。”智能化燃料電池系統(tǒng)集成高精度傳感器和先進算法，能實時監(jiān)測燃料電池的溫度、壓力、流量等關鍵參數，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在安全隱患。此外，通過云端數據分析，可對燃料電池系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)控和優(yōu)化調整，提高運行效率和可靠性。

與此同時，燃料電池應用場景正不斷拓展和多元化。除傳統(tǒng)交通運輸領域外，在分布式發(fā)電、軍事、航空航天等領域也有廣泛應用前景。在交通運輸領域，燃料電池汽車以零排放、長續(xù)駛里程等優(yōu)點，成為新能源汽車重要的發(fā)展方向。陳平提到：“燃料電池在能量密度提升上，氫作為能量密度，特別是質量比能量，它未來的應用還是有優(yōu)勢的。”

隨著技術進步和成本降低，燃料電池在更多領域的應用將成為可能。在分布式發(fā)電領域，燃料電池可作為分布式發(fā)電系統(tǒng)的核心設備，為家庭、商業(yè)建筑等提供清潔、可靠的電力。在軍事領域，燃料電池因體積小、重量輕、噪聲低等特點，適用于軍事通信、偵察等特殊場景。在航空航天領域，燃料電池可作為航空航天器的輔助電源，提高能源利用效率。

動力電池與燃料電池在技術上具有一定互補性。動力電池具有高能量密度和快速充放電能力，適用于短途、高頻次出行場景；燃料電池具有高效能和長續(xù)航里程優(yōu)勢，適用于長途、低頻次出行場景。將二者進行技術互補與融合創(chuàng)新，可滿足不同出行場景需求。例如，在混合動力汽車中，可采用動力電池與燃料電池的組合方式，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。“大圓柱電池標準化型號可覆蓋混動車型50~100Ah需求，解決6000種電池包售后難題。在800V高壓平臺上，80-100度電重卡采用100Ah電池，其高功率特性（6C持續(xù)放電）與燃料電池長續(xù)航形成完美互補。”袁定凱說。

基于此，與會專家認為，動力電池與燃料電池產業(yè)鏈協(xié)同與資源整合對推動協(xié)同發(fā)展具有重要意義。二者產業(yè)鏈均涵蓋原材料供應、電池制造、系統(tǒng)集成、應用市場等多個環(huán)節(jié)，加強產業(yè)鏈上下游企業(yè)之間的合作與協(xié)同，可實現(xiàn)資源共享、優(yōu)勢互補，降低生產成本，提高產品質量和性能。