鉅大LARGE | 點擊量：693次 | 2021年03月02日
特斯拉跑車拉開鋰離子電池商用序幕
劃重點
在經歷了十年的成本快速下降之后，電池已經達到了一個臨界點。它不再僅僅是消費產品，正準備改變世界使用電力的方式。
得益于電池成本的急速下降，大多數(shù)汽車制造商預計，目前比燃油車更昂貴的電動汽車，在未來5年內的制造成本將與之持平。
首款采用商用鋰離子電池的電動汽車是2008年問世的特斯拉跑車Roadster，它使用現(xiàn)成的筆記本電腦電池為其汽車供電。
歐美正出臺產業(yè)政策促進各自區(qū)域性電池技術發(fā)展，電池驅動的電動汽車的創(chuàng)新才剛剛開始，ICE時代即將結束。
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1991年，可充電鋰離子電池首次通過手持攝像機投入商業(yè)使用，隨后又被用在筆記本電腦上。十年后，電池通過為智能手機和可穿戴設備供電，推動了蘋果等科技巨頭的崛起，現(xiàn)在它們又被應用到電動汽車領域。在這個過程中，電池的基本技術幾乎保持未變，即鋰離子通過液體從陰極移動到陽極，然后再返回。
然而，這只是個開始。在經歷了十年的成本快速下降之后，電池已經達到了一個臨界點。它不再僅僅是消費產品，正準備改變世界使用電力的方式。在能源領域，負擔得起的電池使公司有可能儲存電力和收集可再生能源。在汽車行業(yè)，它們將挑戰(zhàn)燃氣發(fā)動機長達百年的統(tǒng)治地位。到目前為止，得益于電池成本的急速下降，大多數(shù)汽車制造商預計，目前比燃油車更昂貴的電動汽車，在未來5年內的制造成本將與之持平。
這種趨勢可能會持續(xù)下去，電動汽車目前是電池需求的主要來源。隨著需求的進一步增長和成本的進一步下降，電池在各個行業(yè)將變得更加具有顛覆性。電池最近在通用汽車公司受到重視，該公司表示，希望到2035年在全球范圍內逐步淘汰燃油汽車。電池熱潮可能會侵蝕對原油和汽油等副產品的需求，以及減少對主要用于發(fā)電廠的天然氣的需求。盡管采礦材料和制造電池也會排放溫室氣體，但分析師認為，汽車和能源行業(yè)轉向電池將減少整體排放，從而促進應對氣候變化的努力。
僅美國發(fā)電廠的排放量就占全美排放量的四分之一左右，而轎車和貨車等輕型車輛的排放量占全美排放量的17%。可充電電池的興起現(xiàn)在關系到國家安全和產業(yè)政策，控制制造鋰離子電池所需的礦物和制造工藝被視為"21世紀版的石油安全"。電池制造目前由亞洲國家和公司主導，近65%的鋰離子電池來自中國。相比之下，沒有任何國家的原油產量超過全球的20%。
特斯拉跑車拉開鋰離子電池商用序幕
許多公司正在研究新的電池，例如固態(tài)電池（不通過液體傳輸離子），它們可以顯著增強電量，并進一步降低電池價格。這種技術突破的價值可能達到數(shù)萬億美元。美國康涅狄格州電池初創(chuàng)公司CadenzaInnovation的首席執(zhí)行官克里斯蒂娜·蘭佩-奧納魯?shù)拢–hristinaLampe-Onnerud）說："未來仍會有大量的創(chuàng)新。"這家公司設想將來的建筑物可以擁有自己的電池，為它們提供在高峰時間使用的電力儲備，以降低成本。
特斯拉跑車拉開鋰離子電池商用序幕
第一款采用商用鋰離子電池的電動汽車是特斯拉跑車Roadster，于2008年問世。特斯拉的早期優(yōu)勢之一來自于，它可以使用現(xiàn)成的筆記本電腦電池為其汽車供電。該公司最初購買了亞洲生產的現(xiàn)成電池，原本用于筆記本電腦，當時使用的電池在6到12塊之間，而這款雙座跑車需要近7000塊。
倫敦追蹤電池價格和行業(yè)發(fā)展的公司BenchmarkMinonalIntelligence匯總數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)在世界上超過三分之二的鋰離子電池用于汽車，預計在2030年之前這個比例將達到四分之三。
同樣的電池也正越來越多地部署在電網(wǎng)上。美國佛羅里達州Power&Light公司1月份開工建設的巨型電池將使用250萬塊鋰離子電池，其在化學成分上與特斯拉電池相似，只是體積更大。這種電池將能夠為迪士尼世界提供長達七個小時的供電。
廢舊汽車電池由于多年的充放電而略有退化，但正在儲存項目中重新恢復活力。荷蘭阿姆斯特丹的約翰·克魯伊夫競技場（JohanCruijffArena）有個三兆瓦的"超級電池"，由148個日產Leaf電池組制成，其中許多電池組可以回收利用，儲存屋頂太陽能電池板產生的電力，幫助平衡體育場的能源消耗。
根據(jù)Benchmark的數(shù)據(jù)，為了滿足預期的需求，鋰的全球產量在過去10年里增長了近兩倍。鋰是一種銀色金屬，也用于制造核彈和治療躁郁癥。鋰主要在澳大利亞和智利開采，在那里的地下鹵水礦床中儲量豐富。不過，美國內華達州和北卡羅來納州礦山，增加鋰產量的努力正受到投資者的關注。
近年來，由于汽車制造商的需求激增，鋰離子電池價格下跌的速度快于預期。目前，電動汽車電池組和發(fā)動機的制造成本，比燃燒化石燃料的中型轎車發(fā)動機高出約4000美元。根據(jù)投資銀行瑞銀集團的數(shù)據(jù)，到2022年，這一差額將降到1900美元。到2025年中期，這一差距將消失。
通用汽車電動汽車項目主管肯·莫里斯（KenMorris）在去年9月份表示，他預計五年內電動汽車和燃油汽車的制造成本將持平。大眾汽車、特斯拉和通用汽車等汽車制造商正在進一步壓低電池價格，它們正競相鎖定為數(shù)百萬輛電動汽車提供動力所需的巨大產能。電動交通的興起也吸引了許多最大的科技公司，包括蘋果和亞馬遜。
德意志銀行的數(shù)據(jù)顯示，在全球范圍內，電池驅動的電動汽車占全球最大市場（美國、歐洲和中國）去年售出所有新車的4%左右，高于2017年的1%左右。2025年，該行預計這一市場份額將達到22%。
鋰離子電池大規(guī)模取代天然氣發(fā)電
在能源領域，一個多世紀以來，電網(wǎng)始終圍繞著即時發(fā)電而建。每時每刻，電子的供應都需要與需求相匹配，以防止電燈熄滅，因為沒有辦法儲存能量供下個時間段使用。為了解決這個問題，近幾十年來最熱和最冷的日子里的電力需求，都是由通過天然氣發(fā)電來滿足的，這些工廠在需要的時候會啟動幾個小時。
不過在美國部分地區(qū)，鋰離子電池的大規(guī)模安裝已經開始取代天然氣發(fā)電。這些電池通常從太陽能發(fā)電場獲取能量，盡管它們可以設置為從電網(wǎng)中獲取廉價電力，但它們往往會在白天儲存電力。日落后，當電力需求和價格上升時，他們會在晚上根據(jù)需要釋放幾個小時的電力。
開發(fā)商和電力公司正在考慮參與該行業(yè)的另一個進化行動：制造電池，從風電場和太陽能發(fā)電場收集和調度廉價而清潔的電力，而不僅僅是日落后的幾個小時。這不僅威脅到了供電商，也威脅到了許多傳統(tǒng)發(fā)電廠，這些發(fā)電廠的融資是基于這樣的假設，即它們將能夠在幾十年內全天候有競爭力地出售電力。
位于美國伊利諾伊州、致力于利用可再生能源發(fā)電的公司GlidesathPowerSolutions首席執(zhí)行官克里斯·麥基薩克（ChrisMcKissack）表示，電池"正處于極具顛覆性的邊緣"。他估計，在燃燒這些燃料的800GW發(fā)電廠中，有超過100GW的天然氣和燃煤發(fā)電廠可能會立即變得不再具有經濟性，沒有必要。他說："這為電池儲存提供了一個巨大的機會。"
在電力市場競爭激烈的得克薩斯州，經濟力量正在推動電網(wǎng)電池的繁榮。到2020年底，已安裝的電池能夠提供215MW的電力。電網(wǎng)運營商預計，到2023年底，電池的價值將接近2000MW，約為該州每年這個時候主要電網(wǎng)平均用電量的4%或5%。加州和紐約州已經出臺了命令，要求電力公司安裝更多電池、提高電網(wǎng)可靠性和平滑價格波動以及納入更多可再生能源。
去年，兩家為近70萬客戶提供電力供應的加州公司擴大了現(xiàn)有交易，收購了貝克斯菲爾德北部一個大型太陽能和電池儲存項目的產量。硅谷清潔能源公司和中央海岸社區(qū)能源公司表示，這些電池將使它們能夠在不出現(xiàn)價格飆升的情況下提供可再生能源。
硅谷清潔能源公司首席執(zhí)行官吉里什·巴拉錢德蘭（GirishBalachandran）表示："我正在以一種完全不同的方式考慮電網(wǎng)。"他預計，隨著更多的風能和太陽能儲存在電池中，天然氣在該公司位于加州的投資組合中所占的比例將會降低。他說，隨著價格持續(xù)下跌，他正在設想部署電池的新方法，以確保可靠的電網(wǎng)運行。
自2010年1月波士頓咨詢集團估計電池成本在每千瓦時1000美元至1200美元之間以來，電池價格已經下降了很長一段時間。該公司表示，除非在電池化學方面取得重大突破，否則不太可能降到250美元，這是汽車制造商的目標水平。如今，電池價格約為每千瓦時125美元，原因是制造能力的大幅增加降低了成本，化學和設計方面的調整進一步節(jié)省了成本。
卡內基梅隆大學機械工程副教授文卡特·維斯瓦納坦（VenkatViswanathan）表示，人們普遍預計電池成本將進一步下降。他預計，在觸底之前，電池價格將在兩三年內跌至每千瓦時80美元。
吉恩·貝迪切夫斯基（GeneBerdichevsky）曾是特斯拉跑車的電池系統(tǒng)架構師，現(xiàn)在是加州阿拉米達縣（Alameda）致力于改進電池技術的公司SilaNanoTechnologies創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官。他說，將存儲成本降低到每千瓦時50美元可能創(chuàng)造5000億美元的價值，"將會有大量的科技創(chuàng)新應用于此"。
歐美出臺產業(yè)政策促進電池發(fā)展
去年，美國成立了一個由多家機構組成的財團，以促進國內電池行業(yè)的發(fā)展，理由是該行業(yè)在消費電子產品和特種方面扮演著重要角色。它還利用《特種生產法》（DefenseProductionAct）加快了稀土礦的開發(fā)。上個月，詹妮弗·格蘭霍姆（JenniferGranholm）在參議院作證以出任能源部長的聽證會上表示，她對國內生產感興趣，并說："我們可以從亞洲購買電動汽車電池，也可以在美國生產。"
歐盟正在利用產業(yè)政策促進區(qū)域電池行業(yè)的發(fā)展。德國經濟事務和能源部部長彼得·阿爾特邁爾（PeterAltmaier）最近表示，歐盟希望"在歐洲創(chuàng)造一個封閉的電池價值鏈"，囊括從處理原材料到回收舊電池等過程。
日益增長的電池需求可能會對重要礦物質的供應造成壓力，而為所有這些汽車電池供電會增加對電力的需求，導致供應緊張。另一個挑戰(zhàn)是：盡管電池安全性有所改善，但鋰離子電池有容易起火的問題，這已經導致包括通用汽車、現(xiàn)代汽車以及寶馬等在內的公司回收。
此外，充電站的短缺可能會讓電動汽車客戶望而卻步。舊金山估計，到2030年，該市可能需要超過5100個電動汽車充電樁，遠高于2019年的834個。根據(jù)兩位市政府官員共同撰寫的一份分析報告，給這些電池加滿電可能需要該市多消耗7%的電力。
盡管如此，汽車專家認為，電池驅動的車型最終將占上風。畢竟，這種車型在制造上比燃油車簡單得多，運動部件也更少。汽車業(yè)顧問桑迪·門羅（SandyMunro）說，一個多世紀以來，內燃機（ICE）的設計近乎完美。他每年拆解大約24輛汽車，將它們拆分成部件，研究材料、技術和組裝。相比之下，電池驅動的電動汽車的創(chuàng)新才剛剛開始。他說："目前，我們基本上只觸及了皮毛，ICE時代即將結束。"
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