陈忠伟：我们预测40年后，新能源汽车销量会占到汽车市场80%以上
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12月17日-18日，2021网易未来大会盛大举行。为期两天的大会，将在原力觉醒、未来之城、国潮、灵感无界、和文化、元宇宙六大论坛里，分享更多的智慧和灵感。大会上，加拿大皇家科学院院士、加拿大工程院院士陈忠伟 ，发表了《新能源电池的突破和创新》主题演讲，就全球现阶段能源结构的转型大趋势，以及我国碳达峰、碳中和战略推出，向观众介绍了新能源革命到来之际，新能源汽车发展历程与现阶段的重要意义，以及未来发展趋势。陈忠伟谈到，发展新的电池基础，在碳达峰、碳中和国家战略工作中，有着极其重要的作用。
事实上，回顾世界能源革命和工业革命，汽车的电动化已经是大势所趋。此外，电动汽车将对改善全球环境生态有重大贡献。回顾电动汽车历史，现阶段新能源汽车的市场规模发展迅速。以特斯拉为例，其发展的轨迹与市值增长，正是电动汽车蓬勃发展的绝佳缩影。另一方面，氢燃料电池也成为另一个追逐的热点，比如近年来nikola热度不退，其尚未正式量产，但可反映出市场对氢燃料电池电动车的强烈期待。
陈忠伟认为，氢燃料电池与电池电动在储存、转化，尤其是电池能量密度有很大不同，各有长短。在能量利用效率，电池电动能量利用率能达到70%以上，远高于氢燃料电池的20-30%。不过，氢燃料电池能量密度更高，燃料更为灵活，有更高的续航能力，重量和体积上相比锂电池更有优势。对此，陈忠伟提出，两个电池代表的两个方向，各有市场。未来，氢燃料电池应会聚焦于商用车。未来电池电动，将会向更高能量密度方向发展。其中关键在于，燃料电池需要解决的最大问题在于成本，在于核心材料的国产化，包括催化剂、储氢系统等。但毋庸置疑的是，展望未来，新能源汽车将成为汽车市场的主流。
以下为陈忠伟演讲实录：
今天和大家共同探讨新能源汽车的未来。电池和燃料电池，过去20年来我一直从事电化学能源，对普通人来说，为什么电池又要放个燃料电池，确实有区别。我希望根据我20年的经验跟大家一起共同探讨一下这个话题，希望大家通过这次探讨有深的认识。
前面几位嘉宾已经分享过碳达峰碳中和的重要使命，其实碳达峰碳中和在大的背景下，PPT上的三个国家和地区，中国、美国、欧盟，这是人类主要排放的三个国家和地区。中国，2030年碳排放达到顶峰，60年实现碳中和，美国2030年二氧化碳减半，欧盟，2030年二氧化碳下降55%，这三个国家和地区做出承诺以后，意味着整个二氧化碳的减排进入实质性阶段。
要达到二氧化碳的减排，中国领导人也提出了一个明确的目标，包括十九大提出“三个方式”的转变，第二个方式的转变是能源系统的转型，对整个新能源的利用进入了新的阶段，要推动新能源的发展，发展新的电车技术显得非常关键。
历史上到现在，人类已经有两次能源革命，第一次能源革命，从木材到煤炭的转型，第一次能源革命伴随着蒸汽机的广泛应用，在交通工具上体现在火车。第一次能源革命很有意思，也伴随着整个工业体系的革命，包括钢铁行业，各方面的行业，伴随着英国超越了荷兰的过程；第二次能源革命，从煤炭转向油气，媒介是内燃机，内燃机的应用伴随着汽车工业革命性的变化，第二次能源革命也伴随着美国超越英国，成为世界第一强国；随着双碳目标的推进，新能源革命已经开始了，第三次能源革命是新能源革命，新能源革命意味着使用电和氢能，电和氢能的应用伴随着电池和燃料电池的应用，在交通工具上体现在电动车上。伴随着新能源革命的工业革命已经再新能源汽车行业开始了。
电动车的发展，许多国家和地区已经提出非常明确的目标，欧盟2035年提出新能源汽车排放降至零，意味着2035年之后，欧盟的内燃机发动机要退出市场；中国可以预测到2030年新能源汽车将主导国内的市场，比如今年中国的新能源汽车已经超过了300万辆，这是从量变到质变的过程，非常重要的里程碑，估计明年有更大量的增长。
美国计划是2030年40%的汽车销量是电动车，加拿大2035年就计划氢型汽车实现零排放，内燃机汽车退出市场，这是大的全球背景。
在全球大的背景下，电动汽车的应用跟二氧化碳减排或者污染物的减排密切相关，假如我们还是用传统的内燃机，如果用传统化石燃料，二氧化碳的量一直增长，如果用电动汽车，采用新能源发的电，可以减少60%的二氧化碳排放，如果用氢燃料电池汽车，氢能也是从新能源产生，整个二氧化碳的减排会下降80%，这是一个很大的贡献。
电动汽车的发展历程，其实比较简单，电动汽车在1899年已经出现过，那个时候的电动车是实验性的，没有真正的商业化，但是它当时跑起来的性能还不错，由于内燃机的快速发展，因为性能各方面的指标远远落后于内燃机，就被市场所淘汰了。电动汽车的电池技术又回到汽车市场，从1997年混合动力，丰田的混合动力采用了一块小电池，这个时候电动车小的概念回来了。商业意义上的电动车回到市场是2008年特斯拉的Roadster，第一代真正商业意义上的电动车，氢燃料电池汽车，商业意义上是2014年丰田Toyoty Mirai，Mirai是未来的意思，这是氢燃料电池汽车。
我们看一下整个汽车市场，在过去几年中，全球的汽车销量基本上比较稳定，稳定在7800万辆左右，2020年，因为疫情的影响，销量有所下降，但是整个市场还是比较稳定的，在汽车市场比较稳定的情况下，我们看一下右边这个图，整个电动汽车销量的增长，从十年前开始，十年前这个销量基本上忽略不计，在过去十年中，每年基本上有百分之几十乃至成倍的增长，2020年电动汽车占汽车销售市场的4.2%，整个规模非常庞大了。今年这个市场规模又有了进一步的扩大。
根据我们的预测，到2060年，40年之后，基本上整个新能源汽车销量会占到汽车市场的80%以上，传统的的内燃机汽车产业慢慢将退出历史舞台。
电动汽车的发展从特斯拉从股市上来看，很有意思。今年11月份的市值达到1.1万亿美元，丰田代表的是传统汽车生产厂家，以前是市值最高的传统汽车车企，今年市值2600亿美元，现在特斯拉的市值是丰田的四倍以上，2019年丰田汽车销量超过一千万台，特斯拉2019年40万台都不到，市值跟汽车的产能完全反过来，这意味着所有的投资者、消费者，对整个特斯拉为代表的新能源汽车未来发展前景的认可。
特斯拉的发展历程我们可以看一下，非常年轻的公司，2003年成立，马斯克是2004年加入的，原来的创始人是两个人，他是2008年开始担任CEO，第一辆商业意义的电动车投放市场。还有一个重要的节点，特斯拉是2010年开始上市IPO，那时候市值不高，只有几亿美元，随着技术的快速发展，2015年非常重要，他的Model X和智能驾驶系统开始采用，2019年，上海的超级工厂动工，意味着特斯拉的生产能力有了急剧的增长，2020年特斯拉在中国生产的Model3正式投放市场。2010年IPO的时候17美元一股，发行了1330万股，市值比较小，几亿美元。真正的市值开始上升，跟产能的扩大很有关系，2017年4月份，特斯拉超越了福特汽车，5月份超越了通用，2020年1月份，超越大众，2020年6月10号，中国工厂的投工生产，特斯拉市值超越了丰田，到今年，一年之后，市值又翻了四倍，意味着整个电动汽车的市场已经完全进入了快速发展的通道。
我们今天讨论的主题还有氢燃料电池，可以看一下美国的一个新上市的公司，Nikola，他主要的目的是要提供生产氢燃料电池重型卡车，在美国高速公路上布上加氢站，把这个租给卡车司机使用，保证租金比传统柴油便宜，通过运营平台的概念，就上市了，2019年到现在为止一辆汽车还没生产，当时上市的时候市值150亿美元，这非常像十几年前整个电动汽车发展的阶段。
未来的电动汽车有三类型，中间是混合动力，还不是真正的零排放，左边和右边的氢燃料电池电动是未来真正意义上的零排放的汽车，这三种汽车在整个市场长期存在，最终我们希望用电池电动或者氢燃料电池电动，这两种技术到底有什么区别？
首先看一下能量利用效率，加入用电池电动，从发电到电的传输，再到充电，到电池里，再到推动汽车电机的运行，整个流程比较简单，这样简单的流程有一个非常大的好处，整个系统下来，能量利用率非常高，可以达到70%-90%，对比一下下面，假如用氢燃料电池，整个氢能系统，比如我们从发电开始，再到电解水制氢，再到氢气的压缩液化、氢气的输送，推动加氢站电池的运行和发电，燃料电池会给电池充电，再推动电机的运行，整个流程下来，相对比较复杂，比较长，这个长的后果就是能量利用效率会降低，只有25%-35%，从能量利用效率来说，电池的整个系统确实占了很大的优势。比如传统的能量利用效率，传统的更低，整个链条下来，只有13%左右，新能源的话，不管是氢能源还是电动汽车，整个效率比传统的高，但是能效对比来说，电池电动汽车系统确实是最高，马斯克说的是对的。
但是，锂电可以充电和放电，是能量储存，电化学储能系统，氢燃料电池，氢气进去之后，通过电化学反应来放电，是电化学能源的转换系统，他们的共同之处，他们中间是电解液系统，左边负极右边正极，都是电化学反应，一个是电化学能量储存，一个是电化学能量的转化，他们还有一个更大的区别，左边的锂电池是密封系统，意味着所有的活性物质在制备过程中放到电池里，放了多少活性物质就决定了有多少电能能够储存在里面，能量密度是固定下来了。我们看一下右边的氢燃料电池，从系统反应里可以看到，最右边，氧气是从空气里免费输送进去的，氢燃料电池工作的过程中不需要携带氧气，从这个角度能量密度比较高，还有一个氢燃料电池的优点，从左边氢气进去，从氢气罐进去，就像燃油汽车，汽油从油箱里进去一样，氢燃料电池有一个特点，燃料比较灵活，比如我加5公斤氢气跑500公里，再多加两个氢气罐可以跑一千公里，中间的燃料电池像发动机一样，不需要变化，但是锂电不行，因为它的能量密度是固定的，假如从500公里跑一千公里，意味着要多放一倍以上的电池，成本增加，重量和体积成倍的增长，从能量密度角度，燃料电池有很大的优势，右边加氢，氢气罐，加氢跟加油一样方便，快，只要三分钟就搞定了，跟锂电对比，手机充电，电动车充电，还有一个比较长的时间，要几个小时，对消费者使用情况，氢燃料电池有很大的优势，不用改变普通消费者的使用习惯，没有里程焦虑，从这个角度来说，我们可以看一下现有的电动汽车，左边的电动汽车是特斯拉的Model3，成本已经降到了25万左右，快接近燃油汽车了，适配60千万时的电池，最佳状态可以跑500公里，如果是在极端气候的情况下，跑的里程数就比较短了。我们可以看一下氢燃料电池，2021年的一款，加5.6公斤氢气可以跑650公里，据说今年的测试，如果把储氢罐提到6.8公斤，可以跑一千公里以上。还有混合动力，现在的性价比最好，从长远来看，为了零排放，中间这个早晚要去掉。
对比一下，电池系统和氢燃料电池系统，各有各的优缺点，效率和使用成本来说，电池电动有优势，续航里程或者消费者的使用习惯，包括加氢的快捷程度，氢燃料电池有很大的优势。
综合起来，我们认为各有各的市场，根据优缺点的不同，就现阶段来说，个人消费者，电池电动非常有优势，这也是为什么特斯拉、比亚迪为首的新能源汽车卖的非常好。氢燃料电池主要的市场会在商用车上，重型卡车、物流车和公共汽车，因为我们重型汽车用的都是柴油机，柴油机的污染非常大，中国来说，整个商用车占了整个汽车市场的12%，就这12%的汽车，排放占了整个汽车的80%以上，从这个角度来说，氢燃料电池在未来几年的发展，在商用车上非常巨大，因为他对减排的意义非常大，特别是对城市污染的减少贡献非常大，在各有优缺点的情况下，就电池技术来说，未来会朝着高能量密度，长寿命低成本高安全性发展，燃料电池，我们会朝着低成本高耐久性的方向发展。
包括我们自己研究团队短中长期的发展，短期集中在现有的锂离子电池，下一代锂电，包括硅碳负极，低成本的正极材料，储能市场快速扩展，下一代钠离子电池技术也会在未来几年进入市场，包括再下一代的锂硫电池和固态电池，还有氢燃料电池，氢燃料主要是降低成本上。氢燃料电池对整个材料的要求比锂电池的要求还会更高，从电化学反应的机理来说，现有的锂电电解质是液体，电极是固态，固液两项反应；氢燃料是气固液，涉及到气体、固体、液体，三项平衡，要求非常高，也是最难掌握的，这样对整个材料提出更高的要求，材料的要求占成本的一半以上，整个成本非常高，整个燃料电池的成本到现在为止，核心材料，像中国70%以上都是进口的，有的核心材料，像离子交换膜和碳子90%以上都是进口的，所以要发展第一个要降低成本，能不能把核心材料国产化，大规模生产，整个成本的发展，特别像这个核心材料，燃料电池催化剂，未来要降低贵重金属的用量，用非贵重技术，这是大的发展方向，减少用量，这是美国能源部的目标，降低白金用量，包括发展非铂催化剂，还有一个非常重要的双极板，涉及到气固液双向平衡，还有核心的离子交换膜，基本上像美国、日本、加拿大、德国生产的，是不是能进行国产化，这就尤为重要。
还有一个关键材料，碳子，涉及到碳纤维，通过造纸工艺变成碳子，这个也是进口的。
氢燃料电池的发展有一个非常关键，制氢成本非常低，但是氢的产业链条，氢气储存运输占了大头，为了降低成本，能不能把储氢技术进一步发展，降低储氢运氢的成本，对整个产业链成本下降尤为重要，这也涉及到储氢材料发展，也非常关键。
包括电动汽车，固态电池，为了提高安全性，提高能量密度，降低成本，我们认为复合固态电解质未来的发展非常有前途，因为它成本低，容易制备，界面之间的融合性非常好，这是非常重要的发展方向，包括我们团队做的固态电池的一些东西。
因为时间关系我就讨论到这儿，谢谢大家！
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