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腾讯科技讯 2月7日消息 ， 1991年 ， 可充电锂离子电池首次通过手持摄像机投入商业使用 ， 随后又被用在笔记本电脑上 。 十年后 ， 电池通过为智能手机和可穿戴设备供电 ， 推动了苹果等科技巨头的崛起 ， 现在它们又被应用到电动汽车领域 。 在这个过程中 ， 电池的基本技术几乎保持未变 ， 即锂离子通过液体从阴极移动到阳极 ， 然后再返回 。
然而 ， 这只是个开始 。 在经历了十年的成本快速下降之后 ， 电池已经达到了一个临界点 。 它不再仅仅是消费产品 ， 正准备改变世界使用电力的方式 。 在能源领域 ， 负担得起的电池使公司有可能储存电力和收集可再生能源 。 在汽车行业 ， 它们将挑战燃气发动机长达百年的统治地位 。 到目前为止 ， 得益于电池成本的急速下降 ， 大多数汽车制造商预计 ， 目前比燃油车更昂贵的电动汽车 ， 在未来5年内的制造成本将与之持平 。
这种趋势可能会持续下去 ， 电动汽车目前是电池需求的主要来源 。 随着需求的进一步增长和成本的进一步下降 ， 电池在各个行业将变得更加具有颠覆性 。 电池最近在通用汽车公司受到重视 ， 该公司表示 ， 希望到2035年在全球范围内逐步淘汰燃油汽车 。 电池热潮可能会侵蚀对原油和汽油等副产品的需求 ， 以及减少对主要用于发电厂的天然气的需求 。 尽管采矿材料和制造电池也会排放温室气体 ， 但分析师认为 ， 汽车和能源行业转向电池将减少整体排放 ， 从而促进应对气候变化的努力 。
仅美国发电厂的排放量就占全美排放量的四分之一左右 ， 而轿车和货车等轻型车辆的排放量占全美排放量的17% 。 可充电电池的兴起现在关系到国家安全和产业政策 ， 控制制造锂离子电池所需的矿物和制造工艺被视为“21世纪版的石油安全” 。 电池制造目前由亚洲国家和公司主导 ， 近65%的锂离子电池来自中国 。 相比之下 ， 没有任何国家的原油产量超过全球的20% 。
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图2：工人在中国工厂正在组装锂离子电池
许多公司正在研究新的电池 ， 例如固态电池（不通过液体传输离子） ， 它们可以显著增强电量 ， 并进一步降低电池价格 。 这种技术突破的价值可能达到数万亿美元 。 美国康涅狄格州电池初创公司Cadenza Innovation的首席执行官克里斯蒂娜·兰佩-奥纳鲁德（Christina Lampe-Onnerud）说：“未来仍会有大量的创新 。 ”这家公司设想将来的建筑物可以拥有自己的电池 ， 为它们提供在高峰时间使用的电力储备 ， 以降低成本 。
特斯拉跑车拉开锂离子电池商用序幕
第一款采用商用锂离子电池的电动汽车是特斯拉跑车Roadster ， 于2008年问世 。 特斯拉的早期优势之一来自于 ， 它可以使用现成的笔记本电脑电池为其汽车供电 。 该公司最初购买了亚洲生产的现成电池 ， 原本用于笔记本电脑 ， 当时使用的电池在6到12块之间 ， 而这款双座跑车需要近7000块 。
伦敦追踪电池价格和行业发展的公司Benchmark Minonal Intelligence汇总数据显示 ， 现在世界上超过三分之二的锂离子电池用于汽车 ， 预计在2030年之前这个比例将达到四分之三 。
同样的电池也正越来越多地部署在电网上 。 美国佛罗里达州Power & Light公司1月份开工建设的巨型电池将使用250万块锂离子电池 ， 其在化学成分上与特斯拉电池相似 ， 只是体积更大 。 这种电池将能够为迪士尼世界提供长达七个小时的供电 。
废旧汽车电池由于多年的充放电而略有退化 ， 但正在储存项目中重新恢复活力 。 荷兰阿姆斯特丹的约翰·克鲁伊夫竞技场(Johan Cruijff Arena)有个三兆瓦的“超级电池” ， 由148个日产Leaf电池组制成 ， 其中许多电池组可以回收利用 ， 储存屋顶太阳能电池板产生的电力 ， 帮助平衡体育场的能源消耗 。
根据Benchmark的数据 ， 为了满足预期的需求 ， 锂的全球产量在过去10年里增长了近两倍 。 锂是一种银色金属 ， 也用于制造核弹和治疗躁郁症 。 锂主要在澳大利亚和智利开采 ， 在那里的地下卤水矿床中储量丰富 。 不过 ， 美国内华达州和北卡罗来纳州矿山 ， 增加锂产量的努力正受到投资者的关注 。
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图3：俯瞰智利北部一座锂矿的卤水池和加工区
近年来 ， 由于汽车制造商的需求激增 ， 锂离子电池价格下跌的速度快于预期 。 目前 ， 电动汽车电池组和发动机的制造成本 ， 比燃烧化石燃料的中型轿车发动机高出约4000美元 。 根据投资银行瑞银集团的数据 ， 到2022年 ， 这一差额将降到1900美元 。 到2025年中期 ， 这一差距将消失 。
通用汽车电动汽车项目主管肯·莫里斯(Ken Morris)在去年9月份表示 ， 他预计五年内电动汽车和燃油汽车的制造成本将持平 。 大众汽车、特斯拉和通用汽车等汽车制造商正在进一步压低电池价格 ， 它们正竞相锁定为数百万辆电动汽车提供动力所需的巨大产能 。 电动交通的兴起也吸引了许多最大的科技公司 ， 包括苹果和亚马逊 。
德意志银行的数据显示 ， 在全球范围内 ， 电池驱动的电动汽车占全球最大市场（美国、欧洲和中国）去年售出所有新车的4%左右 ， 高于2017年的1%左右 。 2025年 ， 该行预计这一市场份额将达到22% 。
锂离子电池大规模取代天然气发电
【通用汽车公司|锂电池驱动世界：十年间成本狂降，已达到临界点】在能源领域 ， 一个多世纪以来 ， 电网始终围绕着即时发电而建 。 每时每刻 ， 电子的供应都需要与需求相匹配 ， 以防止电灯熄灭 ， 因为没有办法储存能量供下个时间段使用 。 为了解决这个问题 ， 近几十年来最热和最冷的日子里的电力需求 ， 都是由通过天然气发电来满足的 ， 这些工厂在需要的时候会启动几个小时 。
不过在美国部分地区 ， 锂离子电池的大规模安装已经开始取代天然气发电 。 这些电池通常从太阳能发电场获取能量 ， 尽管它们可以设置为从电网中获取廉价电力 ， 但它们往往会在白天储存电力 。 日落后 ， 当电力需求和价格上升时 ， 他们会在晚上根据需要释放几个小时的电力 。
开发商和电力公司正在考虑参与该行业的另一个进化行动：制造电池 ， 从风电场和太阳能发电场收集和调度廉价而清洁的电力 ， 而不仅仅是日落后的几个小时 。 这不仅威胁到了供电商 ， 也威胁到了许多传统发电厂 ， 这些发电厂的融资是基于这样的假设 ， 即它们将能够在几十年内全天候有竞争力地出售电力 。
位于美国伊利诺伊州、致力于利用可再生能源发电的公司Glidesath Power Solutions首席执行官克里斯·麦基萨克(Chris McKissack)表示 ， 电池“正处于极具颠覆性的边缘” 。 他估计 ， 在燃烧这些燃料的800GW发电厂中 ， 有超过100GW的天然气和燃煤发电厂可能会立即变得不再具有经济性 ， 没有必要 。 他说：“这为电池储存提供了一个巨大的机会 。 ”
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图4：2019年在休斯顿南部建设的Glideath项目
在电力市场竞争激烈的得克萨斯州 ， 经济力量正在推动电网电池的繁荣 。 到2020年底 ， 已安装的电池能够提供215MW的电力 。 电网运营商预计 ， 到2023年底 ， 电池的价值将接近2000MW ， 约为该州每年这个时候主要电网平均用电量的4%或5% 。 加州和纽约州已经出台了命令 ， 要求电力公司安装更多电池、提高电网可靠性和平滑价格波动以及纳入更多可再生能源 。
去年 ， 两家为近70万客户提供电力供应的加州公司扩大了现有交易 ， 收购了贝克斯菲尔德北部一个大型太阳能和电池储存项目的产量 。 硅谷清洁能源公司和中央海岸社区能源公司表示 ， 这些电池将使它们能够在不出现价格飙升的情况下提供可再生能源 。
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图5：加拿大渥太华的锂离子电池储存项目
硅谷清洁能源公司首席执行官吉里什·巴拉钱德兰(Girish Balachandran)表示：“我正在以一种完全不同的方式考虑电网 。 ”他预计 ， 随着更多的风能和太阳能储存在电池中 ， 天然气在该公司位于加州的投资组合中所占的比例将会降低 。 他说 ， 随着价格持续下跌 ， 他正在设想部署电池的新方法 ， 以确保可靠的电网运行 。
自2010年1月波士顿咨询集团估计电池成本在每千瓦时1000美元至1200美元之间以来 ， 电池价格已经下降了很长一段时间 。 该公司表示 ， 除非在电池化学方面取得重大突破 ， 否则不太可能降到250美元 ， 这是汽车制造商的目标水平 。 如今 ， 电池价格约为每千瓦时125美元 ， 原因是制造能力的大幅增加降低了成本 ， 化学和设计方面的调整进一步节省了成本 。分页标题#e#
卡内基梅隆大学机械工程副教授文卡特·维斯瓦纳坦(Venkat Viswanathan)表示 ， 人们普遍预计电池成本将进一步下降 。 他预计 ， 在触底之前 ， 电池价格将在两三年内跌至每千瓦时80美元 。
吉恩·贝迪切夫斯基(Gene Berdichevsky)曾是特斯拉跑车的电池系统架构师 ， 现在是加州阿拉米达县(Alameda)致力于改进电池技术的公司Sila NanoTechnologies创始人兼首席执行官 。 他说 ， 将存储成本降低到每千瓦时50美元可能创造5000亿美元的价值 ， “将会有大量的科技创新应用于此” 。
欧美出台产业政策促进电池发展
去年 ， 美国成立了一个由多家机构组成的财团 ， 以促进国内电池行业的发展 ， 理由是该行业在消费电子产品和国防方面扮演着重要角色 。 它还利用《国防生产法》(Defense Production Act)加快了稀土矿的开发 。 上个月 ， 詹妮弗·格兰霍姆(Jennifer Granholm)在参议院作证以出任能源部长的听证会上表示 ， 她对国内生产感兴趣 ， 并说：“我们可以从亚洲购买电动汽车电池 ， 也可以在美国生产 。 ”
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图6：Sila NanoTechnologies公司的吉恩·贝迪切夫斯基手持一罐黑色粉末状材料 ， 这是该公司寻求改进电池技术的一部分
欧盟正在利用产业政策促进区域电池行业的发展 。 德国经济事务和能源部部长彼得·阿尔特迈尔（Peter Altmaier）最近表示 ， 欧盟希望“在欧洲创造一个封闭的电池价值链” ， 囊括从处理原材料到回收旧电池等过程 。
日益增长的电池需求可能会对重要矿物质的供应造成压力 ， 而为所有这些汽车电池供电会增加对电力的需求 ， 导致供应紧张 。 另一个挑战是：尽管电池安全性有所改善 ， 但锂离子电池有容易起火的问题 ， 这已经导致包括通用汽车、现代汽车以及宝马等在内的公司召回 。
此外 ， 充电站的短缺可能会让电动汽车客户望而却步 。 旧金山估计 ， 到2030年 ， 该市可能需要超过5100个电动汽车充电桩 ， 远高于2019年的834个 。 根据两位市政府官员共同撰写的一份分析报告 ， 给这些电池加满电可能需要该市多消耗7%的电力 。
尽管如此 ， 汽车专家认为 ， 电池驱动的车型最终将占上风 。 毕竟 ， 这种车型在制造上比燃油车简单得多 ， 运动部件也更少 。 汽车业顾问桑迪·门罗(Sandy Munro)说 ， 一个多世纪以来 ， 内燃机(ICE)的设计近乎完美 。 他每年拆解大约24辆汽车 ， 将它们拆分成部件 ， 研究材料、技术和组装 。 相比之下 ， 电池驱动的电动汽车的创新才刚刚开始 。 他说：“目前 ， 我们基本上只触及了皮毛 ， ICE时代即将结束 。 ” （腾讯科技审校/金鹿）
来源：(腾讯科技)
【】网址：/a/2021/0207/kd690042.html
标题：通用汽车公司|锂电池驱动世界：十年间成本狂降，已达到临界点
