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北極星儲能網訊:1在經歷了十年的成本快速下降之後，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。
2得益於電池成本的急速下降，大多數汽車製造商預計，目前比燃油車更昂貴的電動汽車，在未來5年內的製造成本將與之持平。
3首款採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，它使用現成的筆記本電腦電池為其汽車供電。
4歐美正出台產業政策促進各自區域性電池技術發展，電池驅動的電動汽車的創新才剛剛開始，ICE時代即將結束。
1991年，可充電鋰離子電池首次通過手持攝像機投入商業使用，隨後又被用在筆記本電腦上。十年後，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，然後再返回。
然而，這只是個開始。在經歷了十年的成本快速下降之後，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，它們將挑戰燃氣發動機長達百年的統治地位。到目前為止，得益於電池成本的急速下降，大多數汽車製造商預計，目前比燃油車更昂貴的電動汽車，在未來5年內的製造成本將與之持平。
這種趨勢可能會持續下去，電動汽車目前是電池需求的主要來源。隨着需求的進一步增長和成本的進一步下降，電池在各個行業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年在全球範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，以及減少對主要用於發電廠的天然氣的需求。儘管採礦材料和製造電池也會排放温室氣體，但分析師認為，汽車和能源行業轉向電池將減少整體排放，從而促進應對氣候變化的努力。
僅美國發電廠的排放量就佔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佔全美排放量的17%。可充電電池的興起現在關係到國家安全和產業政策，控制製造鋰離子電池所需的礦物和製造工藝被視為“21世紀版的石油安全”。電池製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%。
許多公司正在研究新的電池，例如固態電池（不通過液體傳輸離子），它們可以顯著增強電量，並進一步降低電池價格。這種技術突破的價值可能達到數萬億美元。美國康涅狄格州電池初創公司Cadenza Innovation的首席執行官克里斯蒂娜·蘭佩-奧納魯德（Christina Lampe-Onnerud）説：“未來仍會有大量的創新。”這家公司設想將來的建築物可以擁有自己的電池，為它們提供在高峯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
第一款採用商用鋰離子電池的電動汽車是特斯拉跑車Roadster，於2008年問世。特斯拉的早期優勢之一來自於，它可以使用現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成電池，原本用於筆記本電腦，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發展的公司Benchmark Minonal Intelligence彙總數據顯示，現在世界上超過三分之二的鋰離子電池用於汽車，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。
廢舊汽車電池由於多年的充放電而略有退化，但正在儲能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(Johan Cruijff Arena)有個三兆瓦的“超級電池”，由148個日產Leaf電池組製成，其中許多電池組可以回收利用，儲能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Benchmark的數據，為了滿足預期的需求，鋰的全球產量在過去10年裏增長了近兩倍。鋰是一種銀色金屬，也用於製造核彈和治療躁鬱症。鋰主要在澳大利亞和智利開採，在那裏的地下滷水礦牀中儲量豐富。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，由於汽車製造商的需求激增，鋰離子電池價格下跌的速度快於預期。目前，電動汽車電池組和發動機的製造成本，比燃燒化石燃料的中型轎車發動機高出約4000美元。根據投資銀行瑞銀集團的數據，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(Ken Morris)在去年9月份表示，他預計五年內電動汽車和燃油汽車的製造成本將持平。大眾汽車、特斯拉和通用汽車等汽車製造商正在進一步壓低電池價格，它們正競相鎖定為數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。
德意志銀行的數據顯示，在全球範圍內，電池驅動的電動汽車佔全球最大市場（美國、歐洲和中國）去年售出所有新車的4%左右，高於2017年的1%左右。2025年，該行預計這一市場份額將達到22%。
鋰離子電池大規模取代天然氣發電
在能源領域，一個多世紀以來，電網始終圍繞着即時發電而建。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，因為沒有辦法儲能供下個時間段使用。為了解決這個問題，近幾十年來最熱和最冷的日子裏的電力需求，都是由通過天然氣發電來滿足的，這些工廠在需要的時候會啓動幾個小時。
不過在美國部分地區，鋰離子電池的大規模安裝已經開始取代天然氣發電。這些電池通常從太陽能發電場獲取能量，儘管它們可以設置為從電網中獲取廉價電力，但它們往往會在白天儲能。日落後，當電力需求和價格上升時，他們會在晚上根據需要釋放幾個小時的電力。
開發商和電力公司正在考慮參與該行業的另一個進化行動：製造電池，從風電場和太陽能發電場收集和調度廉價而清潔的電力，而不僅僅是日落後的幾個小時。這不僅威脅到了供電商，也威脅到了許多傳統發電廠，這些發電廠的融資是基於這樣的假設，即它們將能夠在幾十年內全天候有競爭力地出售電力。
位於美國伊利諾伊州、致力於利用可再生能源發電的公司Glidesath Power Solutions首席執行官克里斯·麥基薩克(Chris McKissack)表示，電池“正處於極具顛覆性的邊緣”。他估計，在燃燒這些燃料的800GW發電廠中，有超過100GW的天然氣和燃煤發電廠可能會立即變得不再具有經濟性，沒有必要。他説：“這為電池儲能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儲能的繁榮。到2020年底，已安裝的電池能夠提供215MW的電力。電網運營商預計，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平均用電量的4%或5%。加州和紐約州已經出台了命令，要求電力公司安裝更多電池、提高電網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70萬客户提供電力供應的加州公司擴大了現有交易，收購了貝克斯菲爾德北部一個大型太陽能和電池儲能項目的產量。硅谷清潔能源公司和中央海岸社區能源公司表示，這些電池儲能將使它們能夠在不出現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行官吉里什·巴拉錢德蘭(Girish Balachandran)表示：“我正在以一種完全不同的方式考慮電網。”他預計，隨着更多的風能和光伏儲能在電池中，天然氣在該公司位於加州的投資組合中所佔的比例將會降低。他説，隨着價格持續下跌，他正在設想部署電池的新方法，以確保可靠的電網運行。
自2010年1月波士頓諮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，這是汽車製造商的目標水平。如今，電池價格約為每千瓦時125美元，原因是製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(Venkat Viswanathan)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(Gene Berdichevsky)曾是特斯拉跑車的電池系統架構師，現在是加州阿拉米達縣(Alameda)致力於改進電池技術的公司Sila NanoTechnologies創始人兼首席執行官。他説，將存儲成本降低到每千瓦時50美元可能創造5000億美元的價值，“將會有大量的科技創新應用於此”。
歐美出台產業政策促進電池發展
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的發展，理由是該行業在消費電子產品和國防方面扮演着重要角色。它還利用《國防生產法》(Defense Production Act)加快了稀土礦的開發。上個月，詹妮弗·格蘭霍姆(Jennifer Granholm)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，並説：“我們可以從亞洲購買電動汽車電池，也可以在美國生產。”
圖6：Sila NanoTechnologies公司的吉恩·貝迪切夫斯基手持一罐黑色粉末狀材料，這是該公司尋求改進電池技術的一部分
歐盟正在利用產業政策促進區域電池行業的發展。德國經濟事務和能源部部長彼得·阿爾特邁爾（Peter Altmaier）最近表示，歐盟希望“在歐洲創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。另一個挑戰是：儘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、現代汽車以及寶馬等在內的公司召回。
此外，充電站的短缺可能會讓電動汽車客户望而卻步。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，遠高於2019年的834個。根據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。
儘管如此，汽車專家認為，電池驅動的車型最終將佔上風。畢竟，這種車型在製造上比燃油車簡單得多，運動部件也更少。汽車業顧問桑迪·門羅(Sandy Munro)説，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新才剛剛開始。他説：“目前，我們基本上只觸及了皮毛，ICE時代即將結束。”
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