除了电动汽车，锂电池还将如何改变能源现状？

    沿着日产桑德兰工厂的一条蛇形出产线走过大约四分之三，一位工人正一刻不停地在许多的逍客底盘上装置油箱——该工厂出产的多数轿车都是这款SUV。但这条出产线上还会时不时地经过别的一款车：一款名叫Leaf的电动车。
    每到此刻，工人的使命就会从装置油箱变成装置电池。他的动作与身旁的机械手臂完美协作，在燃油轿车和电动轿车之间无缝切换。
    直到最近，许多人还以为这种切换不可思议。曩昔一个世纪，内燃机一向都是轿车和轮船的首要动力。这确实给了它很大的抢先优势。虽然Leaf声称全球最热销的电动轿车，但身为英国最大轿车工厂的桑德兰工厂，上一年也只出产了1.75万辆Leaf，而同年的逍客产值却高达31万辆。构成鲜明对比的是，逍客处于盈余状况，而Leaf却辆辆亏损。
    上一年全球电动轿车销量为75万辆，不到新车商场的1%。雷诺-日产联盟的老板卡洛斯·戈恩（Carlos Ghosn）曾在2011年标明，仅这两家公司到2016年的电动车产值就将到达这一数字的两倍。过后看来，这番猜测明显过于达观，但相似的猜测其实并不稀有。
    但是，虽然电动轿车的起飞机遇无法断定，但这种技能很快就会成为一门大生意却已成为遍及一致。
    续航路程挨近满箱汽油的布衣电动轿车（例如特斯拉的Model3和通用轿车的雪佛兰Bolt）最近纷繁上市，改版Leaf也将在9月发布。桑德兰工厂的现状标明，燃油车和电动车现已能够共用一条出产线，然后经过扩展产能来简化这种轿车的遍及难度。
    一、锂电池大跃进
    许多猜测以为，具有和驾驭电动轿车的终身本钱几年内就能够与燃油车混为一谈，然后促进电动轿车销量在2020年代大幅飙升，并在2030年代成为主流。我国大约奉献了上一年全球电动轿车销量的一半，估量2020年有200万辆电动和插电混合轿车上路行进，10年内到达700万辆。
    咨询公司彭博新动力金融（BloombergNew Energy Finance）指出，石油公司对电动轿车的预期也较几年前高出许多。石油输出国组织（OPEC）现在估量，2040年上路行进的电动轿车将到达2.66亿辆。英国和法国也都标明，到那时将禁售纯燃油轿车。
    这都归功于锂电池事务的明显扩张，以及人们对该职业往后仍将快速开展的遍及一致。第一批锂电池26年前开端上市出售，最初用在索尼的CCD-TR1摄像机上。那款产品广受欢迎，而它所运用的电池更是如此，随后逐步运用于电脑、手机、无绳设备、电子香烟等产品。
    运用电池的电子产品越多，锂电池的需求也就越大。上一年，消费产品奉献的锂电池产值约为45GWh。浅显一点说，如果把一切电池都用来为英国供电（该国的均匀功耗为34GW），大约能够续航1小时20分。
    同一年，电动车运用的锂电池产值就到达了电子产品一半：25GWh。但电池咨询公司CairnERA的山姆·杰夫（Sam Jaffe）估量，轿车电池需求最早将在下一年超越消费电子，然后成为整个职业的转折点。大幅扩张现已开端。
    作为当今全球的5大锂电池制作商，日本的松下、韩国的LG化学和三星SDI、我国的比亚迪和宁德年代，都在加大本钱开销，并估量2020年的产值将到达现在的3倍。据估量，特斯拉斥资50亿美元在内华达州与松下协作缔造的超级工厂现已能够完成每年约4GWh的产值。特斯拉标明，该公司将在2018年完成35GWh的产能。短短4年前，这一产值还满足全世界一切的锂电产品运用。
    超级工厂不只是为了电动轿车缔造。在传闻南澳大利亚进行电力控制的音讯后，特斯拉创始人伊隆·马斯克（ElonMusk）本年3月对该国总理标明，特斯拉到年末能够供给满足的电池容量，保证电网永久不再瘫痪。
    在超级工厂里边，他们现在正在尽力塞进129MWh的产能，以便实行老板的许诺。当在太平洋彼岸装置时，它将成为全世界根据电网的同类体系中最大的一个。但往后还有许多相似的体系将会布置。
    跟着电网运营商在寻觅各种办法来滑润太阳能和风能的间歇性供给构成的影响，工业规划的锂电池组越来越受欢迎——尤其是把许多用在轿车上的电池组拼接起来，对其化学和电子元件进行调整，以便支撑更快的充放电速度。
    期望独立于电网的消费者能够购买更小的电池组——或许将自己出产的电力存储起来，以便在白日或夜间电价最高时卖给电网。电池现已成为未来真实完成低排放愿景所不可或缺的一部分。
    二、全球产能飙升
    锂电池的底子原理很简单理解。当电池给一个电位充电时，就会把锂离子拉入石墨电极深处。运用的进程中，这些锂离子又会经过液体电解质回来由锂和其他金属组成的化合物制成的更杂乱的电极——阴极。
    但另一方面，电池事务的底子运营形式却很不透明，首要是由于供货商过于注重保密，以及身为商场领头羊的亚洲巨子改换莫测的经济状况。
    曩昔几年的状况显现，一切大型厂商都在增加产能，部分原因在于这样能够压低单位本钱。作为电池的根底组成部分，锂电芯2010年本钱超越每kWh1000美元，上一年降到130至200美元之间。通用轿车标明，该公司为Bolt收购60kWh电池组时，向LG化学付出的电芯价格为每kWh145美元（由于要考虑劳动力、资料和电子元件费用，所以电池组的价格高于电芯本钱的总和）。
    特斯拉标明，Model3的电芯价格更廉价。低本钱并非仅有的改善之处。许多的研制出资现已完成了更高的能量密度（每千克容量有所提高）和更强的耐用性（充放电循环有所增加）。Bolt的电池质保期长达8年。
    但经过这种办法降价不只能出产价格更廉价、质量更好的电池，还会导致严峻的产能过剩。CairnERA上一年估量，锂电池产能较需求高出三分之一。该组织和BNEF都标明，每出产一块轿车电池，电池厂商要么亏损，要么只能赚取微利。
    虽然供过于求，但他们都方案持续扩张，必定程度上是为了进一步压低本钱。杰夫解说称，这种思想归于“传统的亚洲巨子形式”：经过牺牲利润率来交换商场份额。
    由于电动轿车短期内远景明亮，这好像是一项不错的战略。但现在来看，这好像令人有些紧张不安。虽然杰夫以为，电动轿车和储电设备的需求增加能够支撑这种高速扩张，但他现在也以为，“这像是一场没有黄金的淘金热。”
    但其间确实包含其他一些有价值的金属。要出产更多电池，就需求更多的锂，以及其他多种金属，包含用于制作阴极的钴。这些金属大约占到电芯本钱的60%。对于电池厂商来说，保证这些资料的持续供给与把握电化学技能一样重要。
    自从2015年以来，咨询公司BenchmarkMineral Intelligence的西蒙·莫尔斯（Simon Moores）标明，锂价格现已上涨3倍，钴价格也上涨一倍，阴极运用的含镍化学品价格相同也在上涨。
    莫尔斯标明，寻觅新的锂供给源并不困难，全世界的锂储量至少为2.1亿吨，而当前的年产值仅为18万吨。新的锂矿正在逐步挖掘。全球最大锂出产商智利SQM本年7月宣布将在西澳大利亚出资1.1亿美元，组成一家锂合资公司。
    钴的状况愈加棘手。不只供给匮乏，并且有许多都来自刚果民主共和国。这一区域既存在品德问题（需求依托童工出产），还面对商业问题（没人情愿依托军阀获取重要资源）。LG化学从前标明，该公司正尝试削减电芯中的钴元素运用量，一起持续提高性能。往后，从废旧电池中收回这种金属将提高整个职业的可持续开展程度。
    厂商之所以在原资料价格上涨的状况下依然满怀信心地扩展产能，原因之一在于锂电池现在简直没有对手。常常有其他电池技能声称从原理上具有更大的优势——但却没有一种技能能像锂电池这样，经过几十年的开展，从单纯的构思变成一项主导型技能。整个进程催生了许多配套技能，包含精密制作、电解质挑选乃至愈加杂乱的金属阴极纳米技能。
    美国阴极资料供货商CAMXPower负责人凯南·萨辛（Kenan Sahin）标明，锂电池的本钱和分量、重复充放电的循环次数、耐用性和安全性都是经过许多的调整得以完成的，并非一朝一夕能够做到。
    他将电池化学比作制药职业的药物发现进程。“真的很难。不管你想成规划地做成什么事情，都必须承受相应的副作用。”他说。这是潜在的篡权者难以仿照的。在可预见的未来，不断进步的锂电池技能——可能运用新的固态电极——都将持续抢先，并由于它所支撑的运用形式持续增多而不断获益。
    直到现在，最主流的仍是圆柱形的18650电芯。它长约65毫米，直径18毫米，能量密度大约为每千克250Wh。（作为对比，汽油的能量密度大约高出50倍，但电芯能够存储成百上千倍的能量。）
    特斯拉和松下现在正在开发2170电芯，比18650略长、略宽。马斯克标明，这将成为商场上密度最高的电池。该公司标明，7月末交给的Model3的驾驭本钱与之前任何一种车型比较都下降一半。在这款车的发布会上，马斯克关于下一年完成50万辆产能的声明令人颇感敬畏。“欢迎来到出产阴间。”他对组装线工人说。
    特斯拉8月7日宣布发行价值15亿美元的债券，以支撑该公司的扩张方案，给股票商场带来了急需的喘息时机——该公司常常经过股市融资，其股价也在曩昔一年上涨三分之二。
    该公司从前标明，他们现已收到45.5万辆Model3预售订单，这能够在年末前发作满足的现金流，然后巩固其财务状况。如果一切照方案进行，马斯克期望超级工厂成为全世界最大的修建，每年产能到达100GWh。该公司还有可能在其他当地缔造超级工厂，下一个可能就会落户我国。
    一切的行动都以为电动轿车必将昌盛开展。这类产品无疑在变得更好、更廉价。但还有一些要素对它的实用性构成制约，最明显的就是充电。在英国，43%的车主没有路旁边停车位，因而也就不能在家里给轿车充电。而运用11kW的充电器对90kWh的电池充电6个小时，便有可能烧断稳妥丝。
    快速充电站是一种解决方案，这是一种相似于加油站的当地。有的轿车公司现已开端经过缔造这样的设备来缓解电动车主特有的“路程焦虑”。但这种设备的扩张速度能否对整个职业的野心构成支撑，现在还有待调查。
    正是由于电动轿车运用量的增加速度存在不断定性，才让储电设备成为了电池制作商的一个有吸引力的挑选。圣迭戈煤气和电力公司（SDGE）最近在圣迭戈郊区的一个车位上缔造的这样一个设备并不像新车发布那样光鲜亮丽。那其实是一个伪装成拖车公园的轿车电池，内有38.4万个电芯。这大概是有史以来最迟钝的变形金刚了。
    但SDGECOO卡洛琳·维恩（Caroline Winn）标明，普通正是它的魅力地点。这个设备的意图是在用电顶峰供给电力。模块化的修建使得这个120MWh的设备——规划略小于特斯拉许诺在南澳大利亚缔造的设备——从开工缔造到投入运用只用了短短8个月。它的噪音很小，简直听不到。
    如果经过燃气涡轮来做相同的作业，本钱虽然能够下降，但却需求消耗数年时刻，并且底子不可能取得当地居民的赞同。维恩还标明，这个电池设备“比燃气涡轮美丽多了”。
    三、终极能量源
    对特斯拉和其他电池制作商来说，电网贮存项目是电力商场最有吸引力的一部分，能够充分利用本来可能过剩的产能。此外，自用储电体系也能够提高电池的需求。特斯拉就经过Powerwall家用电池进军了这一商场，期望对该公司的太阳能电池板构成弥补。
    日产也在开辟自用储电商场。该公司与美国电力管理公司Eaton协作将二手Leaf的电池供给给企业和工厂用作备用电源，替代柴油发电机。他们的第一个大客户是阿贾克斯足球沙龙的主场地点地阿姆斯特丹球场。
    这类体系在价格上未必很有竞争力，但政府会为其供给各种补助。本年5月，美国纽约州监管者就为公用事业公司ConEdison赋予一项权力，答应它的企业客户在布鲁克林和皇后区装置电池，将电量输出给电网。
    纽约的电网年久失修，最早能够追溯到一个多世纪前的乔治·威斯汀豪斯（GeorgeWestinghouse）和尼古拉·特斯拉（NikolaTesla）的年代。这儿现在正在尽力将更多的可再生动力吸收为供电来历，而储电设备供给了新的办法，能够帮助其应对顶峰期的用电需求。该州动力官员詹森·多灵（Jason Doling）标明，这个项目十分合适装置在高楼大厦里，能够在早间和黄昏电价最高的时分给电梯供电。
    但纽约消防部分依然忧虑修建物里的锂电池可能引发火灾。上一年的三星GalaxyNote7“炸机门”让全世界意识到，锂电池如果设计不当，就会由于短路而燃烧。但全体来看，电极上运用的新资料和陶瓷涂层现已让轿车电池变得十分安全。
    除了安全忧虑外，装置自用储电体系的公司标明，过期的监管和稳妥问题对他们构成了障碍。瑞士电池制作商Leclanché的负责人阿尼尔·斯里瓦斯塔瓦（AnilSrivastava）标明，这约束了他们的资金获取才能。他们还需求寻觅办法让储电设备变得物有所值。
    有的时分，这简直是仅有契合监管要求的解决方案（圣迭戈就是如此）：在2015年的Aliso Canyon的储气罐走漏后，加州公共事业委员会就很忧虑洛杉矶发作停电事故。当价格成为首要方针时，电池就要寻觅不止一项效劳供给给用户，这一程序被称作“收入叠加”。例如，一套体系不只能够为了短期频率调理而给电网供电，还能够成为一种应对峰值需求的办法。
    听起来好像很杂乱，但寻觅不止一种办法来出售同一种东西是电池职业的必然趋势，就像它为不同的商场和不同的运用规划定制不同的产品一样。虽然现在的昌盛看起来有点令人提心吊胆，但从长时间来看，这个职业好像确实会迎来不俗的开展。