来源:中国工程院院刊
作者:黄学杰,赵文武,邵志刚,陈立泉
编者按:新能源材料指支撑新能源发展的、具有能量储存和转换功能的功能材料或结构功能一体化材料 。作为战略性新兴产业的重要组成部分,新型能源材料产业的发展关系到国民经济、社会发展和国家安全 。
中国工程院陈立泉院士科研团队在中国工程院院刊《中国工程科学》撰文,重点研究了以锂离子电池和燃料电池关键材料为代表的新能源材料发展战略,总结了国内外新能源材料的发展情况,分析了我国相关材料产业发展存在的问题,展望了国内外新材料研发与产业的发展趋势 。面向2025年和2035年的新发展要求,文章阐述了我国新能源关键材料在锂离子电池和燃料电池领域的发展思路,细化了发展目标和重点任务 。文章建议,完善顶层规划,加大创新驱动政策支持力度,培育优势企业,开展生产应用示范平台建设,加强人才队伍建设,以期实现我国新能源材料的跨越发展 。
一、前言
新能源材料指支撑新能源发展的、具有能量储存和转换功能的功能材料或结构功能一体化材料 。新能源材料对促进新能源的发展发挥了重要作用,新能源材料的发明催生了新能源系统的诞生,新能源材料的应用提高了新能源系统的效率,新能源材料的使用直接影响着新能源系统的投资与运行成本 。
锂离子电池是新能源汽车和电力调节最有竞争力的储能技术,燃料电池是氢能时代的核心发电单元,因此, 本文将重点研究以锂离子电池和燃料电池关键材料为代表的新能源材料发展战略 。
纵观全球发展态势,美国、日本、欧盟等发达国家和地区,以及俄罗斯、巴西、印度和南非等新兴经济体陆续推行一系列支撑新能源材料产业发展的政策和措施,力争在未来国际竞争中抢占一席之地 。具体来看,美国制定了“电动汽车国家创新计划(EV Everywhere)”“材料基因组计划”等重大战略,近期还发布了《“储能大挑战”路线图草案》;日本出台了《纳米与材料科学技术研发战略》《新增长战略》等规划;欧盟把关键新材料视为先进制造业的重要基础,发布了“欧盟2020战略”《电池 2030+(BATTERY 2030+)》等 。中国也专门制定了《中国制造2025》《“十三五”材料领域科技创新专项规划》等,力争促进我国新能源材料产业发生结构性变化,全面重塑技术方式,形成开放竞合的发展生态 。
经过多年努力,我国新能源材料产业取得了显著发展,技术水平日益提高,产业规模不断扩大,为我国锂离子电池材料、燃料电池材料等高技术产业突破技术壁垒、实现快速发展提供了坚强的支撑 。从整体来看,我国新能源材料领域与国外先进水平相比仍存在较大差距 。今后,我国新能源材料产业的竞争力仍需加强,以企业为主体的自主创新体系亟待完善,部分核心关键材料受制于人、高端材料对外依存度较高的问题需解决 。为此,抓紧机遇,合理规划,提升新能源材料产业的支撑能力势在必行,这对加快我国经济发展方式转变、增强国际竞争实力、实现材料绿色低碳化发展目标具有重要的战略意义 。
二、国内外新能源典型关键材料发展概况
(一)锂离子电池材料
目前,锂离子电池领域的核心技术多被欧盟、美国、日本、韩国等国家和地区掌握,其中,日本最早开始生产锂离子电池,技术实力最为雄厚 。日本松下电器产业株式会社控制了特斯拉汽车公司的电池产业链;日本电气株式会社(NEC)和韩国LG化学公司生产的锂离子电池在日产Leaf电动车、通用Volt电动车各有良好的安全运行记录;村田制作所是中国强制性产品认证(3C)电池供应商,韩国乐金(LG)化学公司、三星SDI公司、SK Innovation电池公司是大众汽车、宝马汽车和奔驰汽车的主力供应商 。我国一直重视锂离子电池材料的研究,在20世纪80年代就将其列为863计划的重点项目 。近年来随着新能源汽车产业的发展,对锂离子电池材料的研发投入仍一直保持较高的强度 。
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