5月16日上午，第四届新能源汽车及动力电池(CIBF2023深圳)国际交流会在深圳国际会展中心(新馆)隆重开幕，会议为期两天，会议的主题为“新周期·新应用——动力电池的创新与拓展”。

　　在大会开幕式环节，本届大会主席、中国科学院院士成会明做主旨发言。以下是成会明院士发言实录。

　　中国科学院成会明院士：

　　非常感谢方总的介绍。刚才欧阳老师就热管理做了非常精彩的报告，我也学习了很多。我本人其实没怎么做动力电池，尽管我们的材料、负极、碳纳米管在动力电池里有应用，因为我是做材料的。我今天就给大家介绍一下我们在锂电拓展方面的一点工作，因为这个还是以研究为主，跟欧阳老师介绍的相比，还属于早期的工作，欢迎大家批评指正。

图为大会主席、中国科学院院士成会明作主旨发言

　　我是两年前在中国科学院深圳先进技术研究院设立了一个跟碳中和相关的研究所，叫碳中和技术研究所，经过两年的努力，我们从海外引进了近20年从讲座教授到助理教授这些层次的人，分别开展了跟碳中和技术相关的工作，包括能源的产生、能源的储存与转化、智慧能源的应用、二氧化碳的转化等全方位开展相关的工作。目前我们加上研究生有100多人，希望能够为实现碳中和这个远大目标的征程中做一些贡献。

　　我们都知道，我们现在还是一个以化石能源为主的能源体系，二氧化碳的排放非常之多，二氧化碳的排放就带来气温的上升，从而带来了一系列的环境与气候的变化。

　　尽管像美国前总统特朗普等人对二氧化碳与气温上升表示怀疑，但主流如联合国政府间气候变化专门委员会每五年的报告里可以看到确确实实二氧化碳的排放是与气候变暖有直接的关系，这样就提出了碳中和的愿景。

　　我国2020年向全世界宣布我们也要力争2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和。我个人的理解，碳中和的意义远不止仅仅为了能源安全和环境美好。因为大家都知道，第一次能源革命是人类从使用生物质能源过渡到使用煤炭，英国率先赢到这次能源革命，出现了第一次工业革命。第二次是使用煤炭过渡到使用电力/石油，欧美国家又率先领先于世界。第三次能源革命是从化石能源过渡到可再生能源，正是我们今天所处的时代，中国能不能利用这个机会领先于世界呢?我觉得是有这样一个机会的。

　　目前我国碳排放量非常大，因为我国化石能源还是以煤炭为主，而煤炭的二氧化碳排放大概是石油的1.5倍、天然气的2倍。我们现在每年向大气中排放大约100亿吨的二氧化碳，大概是世界的1/4，全世界是400亿吨，以能源生产为主，工业生产次之，交通和建筑在这里面占的份额并不大，15%左右。我们的碳汇少得可怜，仅仅十几亿吨。这也是为什么外国攻击我们国家现在碳排放很大。我们怎么做到这一点?主要是重构能源体系，从化石能源到可再生能源，可以减排35亿吨。

　　第二个，工业生产要变革，采用低碳变革性工艺。比如钢铁、化工、有色、冶金、建材，以前都是用碳还原，可能今后要过渡到用氢还原，从而减少二氧化碳排放，还有交通、建筑等等，都有相应的减排。同时，生态系统的固碳现在恢复生态，固碳也会增加，再加上二氧化碳普及与转化，就有可能替代一部分、减排一部分，碳汇再增加一部分，而实现碳中和，也是我们2060年需要实现的目标。我们需要实现“六化”，能源生产低碳化、能源使用电气化、能源网络智能化、工业过程氢能化、二氧化碳资源化、资源利用循环化。这是我总结的，在这里面可能都很容易理解，只有二氧化碳资源化，我想稍微用几十秒解释一下。现在所有的化工原料，比如纤维、塑料，它的原料是来自于化石资源，从煤炭、石油、天然气里来。煤炭、石油、天然气总有被用完的一天，以后资源从哪儿来?可以从二氧化碳来。我们现在利用二氧化碳，可以转化为小分子，比如一氧化碳、甲醇、乙醇、甲酸、乙酸，进而转化成烯烃、炔烃，从而可以作用相应的化工原料来使用，同时还可以减排。要实现，只有发展变革性的技术。这里面最重要的是要使用可再生能源。但可再生能源一个最大的问题是依赖于气候与地理条件。我是农村长大的，过去都说农民是靠天吃饭，毛主席60年代号召我们要大兴水利，其目的是要减少靠天吃饭的偶然性。我们现在使用可再生能源，也有点靠天吃饭的味道。我们要做的就是想办法把它转化为电，储存起来，或者转化为氢储存起来，这就需要储能技术。

　　储能技术在整个新型电力系统里占据了非常重要的位置，不管在电源侧、电网侧还是负荷侧，都需要相应的不同的储能技术。

　　储能技术，总体可以分三大类：热储能、电储能、氢储能。电储能也可以分机械储能和电化学储能。我们今天可能更多的是考虑电化学储能。

　　刚才大家都提到我国锂离子电池在国际上占据了统治地位，1000GWh里我们有750GWh。同时，电化学储能在储能领域的增长也是呈指数型的，尽管现在储能还是以抽水储能为主，但考虑到今后在用户侧的使用，可能电化学储能的发展会迅猛增长。整体市场规模，我个人认为应该是大于动力电池的。这样就需要一系列储能系统。当然，现在锂电是最为成熟的一个电化学储能手段。这里面我们也面临了一些问题，特别是在储能领域。刚才欧阳老师也提到安全性问题在储能领域可能比动力电池更重要。因为它规模更大，更贴近人所生存的地方。比如我们进入零碳建筑/园区，储能就在里面。还有资源问题和成本问题。

　　下面我想切入到我们要发展的。除了锂离子电池外，现在广泛发展的有钠离子电池、双离子电池、水系电池、液流电池。当然，科学家们还在研究一些新型的其他电池，我今天简单跟大家做一个分享，关于双离子电池的。

　　双离子电池的机理跟锂离子电池不一样，锂离子电池是锂离子在正负极里储存，双离子电池是阴阳离子协同氧化还原反应，是分别在正负极里进行储存。相对而言，双离子电池有可能会有安全优势、成本优势，是有可能在储能领域里有比较好的应用。事实上国际纯粹与应用化学联合会曾经把双离子电池选为世界新型技术，化学领域新兴技术十大技术之三。

　　双离子电池是1938年就有科学家证实，阴阳离子可以在正负极里进行插层，从而开始逐步开发双离子电池。我们2016年开始在这个领域开展工作，唐永炳团队首次报道了铝-石墨双离子电池，随后又在钠、钾、钙、镁等体系里开展相应工作。

　　首先是我们构建了铝-石墨双离子电池，传统的双离子电池是石墨双离子电池，石墨的锂电容量并不高，所以我们提出合金化金属负极，它的处理点位比较高，比容量也比较高，从而构建铝-石墨双离子电池，也发现确实分别在正极和负极发生了插层反应，也有比较好的工作电压。但我们也发现了一些问题，比如铝负极也同样具有膨胀、粉化、界面反应不均等问题，所以我们也采用了一些手段进行改进。比如利用微纳多孔结构，再加上碳包袱来控制它的反应，从而来抑制粉化和提高反应的均匀性。同时采用一体化工艺，把集流体、活性材料、隔膜进行一体化设计，从而改善倍率特性。

　　我们也采用了其他一些手段，比如跟纤维进行复合，从而构建阻抗比较低的电极结构，提高它的倍率特性。

　　另外，面密度很难提升。因为它提高后，传质传荷效率比较低，我们利用在碳纳米管和石墨烯领域的一些知识，来构筑“点-线-面”分级结构，从而提高比较高的负载量，来改进它的循环稳定性。

　　有意思的是我们在研究过程中，同时把它跟锂离子电池结合起来，发展了一种宽温与高安全的铝碳负极电池，具有高的能量密度，极端情况下可以在-70度下使用，功率特性比较好，安全性比较好。已经经过一系列企业的测试，包括电动汽车、电动两轮汽车的的头部企业测试。目前我们在中国石油的支持下开展这个电池的产业化生产，估计今年年底可以开始供货。

　　我们电解质还是用含有锂离子的电解质，还是有一个跟锂离子电池争资源的问题，所以我们进而也扩展向钠、钾、钙、镁、锡等双离子体系。

　　下面我跟大家简单介绍一下，我们也构建钠、钾双离子电池，还是采用合金化负极手段来进行。

　　我们对它相应的复合结构进行了相关设计，由于时间关系，不详细介绍。比如三维多孔结构等等(见PPT)。

　　因为钠、钾离子半径大，所以动力学非常缓慢，我们又提出了“离子钻”，用少量锂离子诱导钠、钾离子的扩散，从而极大的改善动力学性能。

　　下面是讲多钾离子、钙离子。钙离子电池的特点是标准电势和锂很近，储量也很丰富，我们就开展了这样一个体系的研究。

　　但钙离子电池在电化学反应过程中，费米能级高，导致室温下不可逆转。我们还是采用合金化设计，采用一个合金化的负极来降低费米能级和抑制钝化膜。采用计算机模拟手段，来寻找相应的合金化负极，最后发现锡是比较好的选择，我们就采用锡钙来做。

　　早期的工作是室温下不可以使用，通过改进，可以在室温下实现具有一定循环性能的电池。

　　双离子电池现在研究非常踊跃，但这里面面临的问题也比较大。总体来说，双离子电池的能量密度不高、高电压稳定性差，更没有电芯和管理系统等相关的工艺，所以这里面都需要做很多研究，我们需要发展新型材料包括电解液，同时也需要研究电芯的失效机理等等，这方面需要我们进一步努力。

　　在小型线上做了软包双离子电池，希望能够同步来推进，如果有可能实用化，往产业化推进。

　　初步做的双离子电池性能还可以，但现在循环寿命还是比较短，所以我们还需要进一步开展。

　　我认为双离子电池技术在未来储能领域有它的应用前景。当然，我们还需要做非常多的研究。

　　最后，感谢同事和资助机构，特别是蒋春磊、张帆。最后也谢谢大家，欢迎大家批评指正，谢谢!

　　(以上为演讲速记，未经演讲者审阅。)