欧阳明高：面向新质生产力的前沿科技展望：新能源

能源转型历程与中国新能源革命电动汽车(全固态电池、全自动驾驶)车网互动(以车网互动为核心、房车能路云)绿色氢能(零碳能源系统)新型储能(前面三个的集成：氢能、电池、车网互动)①固态电解质①固态电解质①单晶、高镍正极①单晶、高镍正极02025200202520口2022-2025年：高镍三元等正极，石墨和硅碳负极，发展新型电解液和添加剂，实现车规级单体口2025-2030年：高镍三元、富锂正极和高硅、金属锂负极，液态电解质或固态电解质(二者其一或二者都行),实现车规级400口2030-2035年：高镍三元和富锂锰正极、锂金属负极和固态电解口磷酸铁锂、镍锰酸锂、磷酸锰铁锂及其与三元掺混4电池模组/系统热分析电池充放电测试仪200+通道热失控测试与表征◆2011年以来，与全球企业和研究机构开展动力电池安全技术研发与产业化，知识产权转移及横向项目金额超过1亿元◆2022年10月，应邀成为国家储能电站安全监控平台专家委员会主任单位，国防特种装备电池安全测试与咨询单位；NatureEnergy,Joule,2018,2022,7:808-817.10(22022年度(全球唯一)Joule,2020,Joule,2022,电池热失控过程电池热失控过程电池安全技术机机产品开发特性分析BatchesofMultipleBatteryφ早期寿命预测误差率健康状态评估误差率早期寿命预测误差率健康状态评估误差率主动安全监控：基于大规模预训练模型PERB,开发了AIBops(AlforBatteryOperationandService)系统20000+充电桩20000+充电桩规模电池安全预警次数数据量规模电池安全预警次数数据量550万电池检测次数本征安全机理：揭示300瓦时/公斤高比能量高镍三元811电池热失控全过程机理2:热失控触发温度■热失控能量集中释放的触发温度6■与热失控放热总量相关AM■决定了系统热失控蔓延的表现■反应了最大的能量释放速率反应VI:反应正极氧和电解液反应产热触发性能提升原因采用无机不可燃电解质热稳定性好简化系统安全防护设计可以采用双极板结构兼容金属锂等高容量正负极提升电池模组能量密度最大可提升2倍，并有可能降低制造成本固态电解质的离子跳跃输运匹配电动汽车需求固态电解质不凝固不气化简化冷却机构拓宽电动汽车应用场景电压窗口宽拓宽正负极材料选型范围降低原料成本及资源紧缺风险正极固态电解质膜负极…阴离子框架稳态锂离子亚稳态匣离子传统液态锂离子电池溶剂化结构电芯性能关键材料电芯性能过渡金属溶出复合电极电过渡金属溶出复合电极倍率增加开裂，不可逆相变倍率增加开裂，不可逆相变固态电解质：空气稳动力性动力性▲容量衰减电荷输运动力学缓慢电荷输运动力学缓慢耐久性颗粒破裂耐久性颗粒破裂孔洞形成至SEI机械失效库伦效率低机械稳定性安全性·材料层级：硫化物电解质化学稳定性和空气稳定性差，批量生产难；硅碳负极体积膨胀大、锂负极不成熟等·电芯层级：环境控制成本高，等静压压制方式的效率低，电芯做大做厚难，车载工况下电芯性能综合评估等四川新能源汽车创新中心高性能全固态电池热箱温度能量密度宽温域工作◆牵头2008北京奥运燃料电池客车示范和2022年北京冬奥会氢能示范.动力系统剥动力系统剥洋葱模式发动机发动机电堆电堆膜电极2005年2013年2015年2018年2005年2013年2015年◆自主研发燃料电池发动机，功率覆盖30kW-2零部件国产化率达100%,成果受到总书记检阅。◆燃料电池科技攻关重点一一性能衰减解决方案膜电极及关键材料燃料电池电堆燃料电池系统◆介孔空间限域提升铂◆大幅面高速热质均匀◆电堆高一致性装配与寿命指标寿命指标◆燃料电池科技攻关重点一一全生命周期智能管理◆推进氢能燃料电池领域国际合作2022年6月30日，由中国汽车工程学会、佛吉亚集团、中石化、上2022年6月30日，由中国汽车工程学会、佛吉亚集团、中石化、上1918:波兰科学家1883:美国发明家了第一颗太阳能验室制造出了世界1905:爱因斯坦单晶硅电池效率提供电卫星——先上第一个硅p-n结发明了一种单晶硅提出光量子假说造了第一个有效的升到了14%锋一号效率6%生长方法硒太阳能电池现了光电导效应光伏效应辆太阳能载客汽车诞生1973:美国特拉华大学第一次将光伏发电应用在建筑上1976:美国RCA实验1980:美国特拉华大学室发明世界上第一研制出世界上第一块薄块非晶硅太阳能电膜电池(Cu₂S/CdS),池，效率2.4%效率10%新南威尔士大学池效率提升至20%私1994:日本三洋公司si/n-c-Si异质结太阳nnknL1994:磷化镓铟/砷化镓太阳能电池化转换效率首次突破30%王科技大学突破钙钛矿/晶硅叠层电池记录，达到33.7%矿太阳能电池效率达到能突破硅异质结电池效率达到47.6%达到26.81%池，聚光条件)矿晶硅叠层到29.1%2012:钙钛矿2009:日本科学家利电池效率提升用有机金属卤化物钙至9.7%钛矿研制出钙钛矿电池，效率3.8%次让太阳能电池转换效率突破40%(多结太当前市场占有率：未来技术未来技术发展技术当前市场占有率：第一次技术变革目前最高效率33.9%第一次技术变革目前最高效率33.9%当前钙钛矿/晶硅叠层电池一代(基本淘汰)2.5代三代2.5代三代201020152021缺陷钝化钙钛矿顶电池缺陷钝化(宽带隙)缺陷--为载流子复合提供位点表面(晶界)缺陷--为载流子复合提供位点路易斯酸碱钝化未配位离子反位缺陷缺焰顶电池(宽带隙吸收高能光子)与底电池对光谱吸收互补聚合物添加剂叠层电池面临物理钝化、场钝物理钝化、场钝结晶动力学调控引入稳定中同相结器机理创断溶剂工程等等结晶动力学调控引入稳定中同相结器机理创断溶剂工程等等空穴传输层导电层导电层光学与电学性能优异拉伸应力与压缩应力想拉伸应力与压缩应力常见叠层电池构型03.04.叠层湿法钙钛矿狭缝涂布设备5587.828.Sn29.银电极蒸镀设备(包含面向硅钙叠层电池的多条工艺路线：兼容不同面积的溶液法、物理气相沉积法)10.双工位手套箱(包含面向硅钙叠层电池的多条工艺路线：兼容不同面积的溶液法、物理气相沉积法)11.测试设备确定相关设备和工艺流程电动汽车(全固态电池、全自动驾驶)车网互动(以车网互动为核心、房车能路云)绿色氢能(零碳能源系统)新型储能(前面三个的集成：氢能、电池、车网互动)动力汽车动力汽车可外接充电纯电动车电池系统+电机系统+纯电动车氢能燃料电池汽车氢能燃料电池汽车电机系统+氮瓶新能源汽车动力系统(2001~2021):推动我国新能源汽车革命，为中国新能源汽车国际领先发挥了技术引领作用家；曾5次向中央最高领导层当面汇报我国新能源汽车研发进展，提出发展建议(见CCTV22023年国庆节晚10点经济大讲堂)国际：新能源汽车国际合作牵头团队：2011~2021牵头中美清洁汽车联盟，与美国国家实验室和一流大学联合开展前沿基础研究清华面向2030年，全固态电池、轮毂电机、滑板底盘均将在电动乘用车产业化高集成度二合一电气拓扑滑板底盘电机控制器原理图针对滑板底盘定制化设计国产碳化硅强化散热，提高专属电池快速模组峰值功率加热功能高转矩密度电动轮高转矩密度电动轮弯扭解耦构型减速驱动电动轮当前滑板底盘搭载团队原创弯扭解耦构型电动轮，系统方案兼顾转矩密度提升与承载可靠性团队水平电机重量峰值转矩转矩密度◆高槽极数电磁方案◆8层内定子波绕组工艺◆高极对数Halbach阵列转子◆A样机转矩密度超过业内最前沿电机，面向量产迭代中电动底盘系统集成电动底盘系统集成电池、控制器、电动轮一体冷却基于轮毂电机的滑板底盘功率>350千瓦5分钟充脉冲加热每分钟换电机构换电机构电池资产管理平台电池资产管理平台换电电池换电电池总成重量：1.25t换电电池系统：1.25t总成重量：1.25t换电电池系统：1.25t换电底座：Ot总成重量：2.54t换电电池系统：2.13t换电底座：0.315t高频数据传输BMS运算数据通讯实时控制指令安全控制指令云端标定指令算法云端协调，自适应边缘计算，冗余安全保护算力超强，生命周期云端管理实现V2G的前提是电动车在停止运行时要通过双向充电桩与电网联接，如果用换电模式，车载电池的储能功能难以发挥车网互动需要用户、企业、地方政府共同参与构建能源互联网平台，三方都有收益，还具有推动新能源发展的绿色效益。V2V(VehicletoVehicle)⑥换电站换电站配电网配电网配电网协同(农村地区典型场景)②②智慧楼宇③停车场停车场◆电网接口：城市低压配网(居民区等)和中压配网(高速路等)价格机制，影响设备和虚拟电厂的状态价格机制，影响设备和虚拟电厂的状态信息平台层信息平台层传感数据融合AI与AI预测能源交易与市场服务平台：形成虚拟电厂，能量管理平台：连接输配电系统可调的能量聚合@天津：零碳@天津：零碳V2G场站示范打造新一代低碳场站智慧能源管理解决方案融入车网互动，投资成本降低6%多能互补智能管控，实现”车主17年IRR由5.84%提升至9.11%场站-电网“多边收益最大化@义乌：智慧低工业碳园区@义乌：智慧低工业碳园区V2mG项目绿电消纳光伏+储能+V2G,多能互补能耗精细化管理园区能耗精细化管理能量协调控制与智能源荷预测辅助服务能效优化掘分析与多维立体展示@福田供电局，大规模车辆入网、绿色交通先行示光储充放直流微网光伏+储能+V2G+直流负荷15台15kW的V2G桩车网互动规模化经济性验证有序充电+V2G、楼字节能、电力市场交易接入VPP聚合平台，接受电一、住房城乡建设部科技创新平台(工程技术创新中心)1创新平台名称首席专家住房城乡建设部质量评定工程技术创新中心建研院检测中心有限公司(牵头单位)、中国建筑科学研究院有限公司、深圳市房屋安全和工程质量检测鉴定中心、北京科技大学、北京工业大学、哈尔滨工业大学、河北省建筑科学研究院有限公司、广西壮族自治区建筑科学研究设计院、中冶检测认证有限公司张仁瑜2筑工程技术创新中心深圳清华大学研究院(牵头单位)、住房和城乡建设部科技与产业化发展中心、深圳市建设科技促进中心、深圳市龙岗区住房和建设局、中建科工集团公司、中建科技集团有限公司、深圳供电局有限公司、华润置地控股有限公司、深圳能源集团股份有限公司欧阳明高3住房城乡建设部智能建造程技术创新中心中建工程产业技术研究院有限公司(牵头单位)、住房和城乡建设部科技与产京构力科技有限公司、广联达科技股份有限公司、苏州柯利达装饰股份有限公司邱奎宁4工程技术创新中心中国城市建设研究院有限公司(牵头单位)、住房和城乡建设部科技与产业化发展中心、北京林业大学、北京环丁环保大数据研究院、蒙草生态环境(集团)股份有限公司、芷兰生态环境建设有限公司5术创新中心同济大学(牵头单位)、上海市燃气管理事务中心、华润燃气控股有限公司、上海燃气有限公司、中国市政工程华北设计研究总院有限公司秦朝葵 可再生能源AAc风电AAc水电电网碱液转换液氨长管站内储罐车载氢瓶20MPa盐井液氨容器箱式货车运输液氢槽车管道船常规物流气氢增压应用氢原料：化工氢冶金氢储能：电力氢发电氨发电氢动力：交通燃氨船质子交换膜电解质子交换膜电解碱性电解碱性电解海德氢海德氢安全科技首创标准化可拓展带压电解单片技术首创插片式带压电堆技术赤准化插片式电堆首创制氢系统单片12小时内现场升级插片式电堆首创制氢模块气体纯度实时检测与控制技术首创无线智能氢泄漏传感技术首创数字化云平台海档SENSOR2.0负载(用户侧)电网(备用)西锅—标准制黑单片蒸发器散热器冷凝整冷凝整供热管理供热管理高效热菜系统高温冷媒高效热菜系统用户侧用户侧第一代第二代多孔隔膜阴离子交换膜离子溶剂膜0.3-1.2%50mA/cm²0.065%0.25%@300mA/em²@1000mA