电池成本并非电动汽车发展主要障碍?

福布斯中文网 综合报道

作为特斯拉(Tesla)雄心勃勃的首席执行官,埃伦·穆斯克(Elon Musk)能够比大多数人更好地预见未来。不管他说的是把人类送到火星,还是斥资50亿美元建设一家电池工厂为其电动汽车制造商供应电池,穆斯克的计划看起来浮夸,但他过去的成就表明,打赌那些计划不能实现是非常冒险的。

近日,当穆斯克在特斯拉总部举行的世界能源创新论坛(World Energy Innovation Forum)发表演讲时,他表示未来世界将需要“数百家”那样的千兆工厂(Gigafactory)来生产电池——当然,那些工厂不会都是由特斯拉投资兴建。

尽管一些专门技术可能降低未来工厂的成本,但穆斯克的言论让人感到气馁和沮丧。首先,这意味着我们在未来数十年里至少要投资一万亿美元来建设电池工厂。其次,这至少间接表明,那些电池不会比特斯拉目前所使用的好很多。

穆斯克的算术

特斯拉的首家千兆工厂定于2017年建成投产,其年产能为50千兆瓦时。特斯拉计划自己使用大多数电池,即为50万辆汽车提供供应,这些汽车大部分将是该公司第三代轿车产品,其起价预计为3.5万美元。其余电池将进入可再生能源储存的新兴市场,多为太阳能。

虽然这块市场一开始的规模很小,但在住宅和小型商用系统,小规模太阳能技术应用的指数式增长表明,可再生能源储存市场会繁荣发展。事实上,我最近遇到了一位已经在特斯拉工作数年时间的员工。在谈到背景时,他提到特斯拉的很多人认为,能源储存市场的规模最终会比特斯拉所在的汽车市场更大。

不过,值得注意的是,大多数住宅系统所使用的电池组,其尺寸只是特斯拉Model S汽车电池组一个零头。所以,当我们在思考能源储存市场时,想得长远一些是明智的。

那么,那些汽车会怎样呢?尽管对于未来10-20年汽车销量的预测令人担忧——这是由于汽车共享、公共交通以及发展中国家中产阶层的发展所带来的巨大不确定性——但数量级层面的预测是超过1亿辆。就拿特斯拉首家千兆工厂来说,如果电池技术没有得到改进,20年后要建造1亿辆续航里程跟特斯拉类似的电动汽车,那将需要200家千兆工厂为其供应电池。不过,再仔细阅读这句话,它包含了两条不大可能成立的关键假设。日产(Nissan)聆风(Leaf)的续航里程不及高端特斯拉Model S的三分之一,其价格还要更低,但这款车型已经成为全球有史以来最畅销的电动汽车,其销售在今年1月份达到了10万辆。

多与少

日产的电池组目前为24千瓦时,不及特斯拉所提供的60和85千瓦时的电池组。这解释了日产汽车较短的续航里程,但这同样帮助日产提供了价钱更便宜的汽车产品(当然,特斯拉和日产同样着眼于奢侈品效用曲线上不同的点)。对于未来,日产已经表示将扩大电池容量。在近日举行的北京车展上,日产的安迪·帕尔默(Andy Palmer)称,聆风将需要300公里(约合180英里)的续航里程。这是该款车型如今续航里程的两倍多一点,不过所需的电池组尺寸仍然要小于Model S。事实上,其电池组似乎跟穆斯克口中第三代特斯拉汽车基础版所使用的差不多,他称新电池组要比Model S现在使用的小20%(不过,新电池组仍然能够提供200英里的续航里程)。

这所有数字的意义在于搞清楚一点,要生产200倍于如今的汽车——即使全部都是电动汽车——其所需的电池组数量应该不会有直接相乘得到的结果那么多。穆斯克没有说出来,但怀疑论者都清楚的一点是(尤其是世界上只有电动汽车的可能性几近为零,除非在此过程中发生了其他事情):电动汽车需要比燃油动力汽车更加便宜,同时提供足以满足几乎所有人和所有地方的续航里程以及充电能力。如果电池容量出现突破,比如一家厂商能够以不到3万美元的价格提供续航里程达到300英里的电动汽车——而且该款汽车能够在大多数停车场和诸多城市街道进行充电,并拥有类似于特斯拉的高速公路超级充电网络——或许燃油动力汽车的末日真的就到了。

当然,这样的电池组几乎肯定能够以相同的身材提供更多的能量。因此,你只需要较少数量的电池组就能为全球电动汽车提供动力。举例来说,假设你可以把这种电池组的能量密度提升到如今锂离子电池的四倍,这将能够让你为高端特斯拉汽车制造一款只有300磅重的电池组,而不是目前的1,200磅。届时,该公司可以提供续航里程为500英里的车型(使用两个电池组),而其重量仍然要比目前的顶级车型轻600磅。如此想来,世界将只需要四分之一多的电池工厂——而且,消费者为储存容量支付的费用也只有原来的四分之一。

相反,我们取得进展和拥有可能性

穆斯克在成本方面谈论了千兆工厂的能力,提到特斯拉的电池成本将至少比目前水平下降30%。《绿色汽车报告》(Green Car Reports)对特斯拉的那些成本进行了非常精彩的分析。虽然特斯拉从没有对数字进行证实,但穆斯克确实挂断了《巴伦周刊》(Barron)一位记者的电话,后者质疑该公司能否实现降低电池成本的目标以及与此同时提出的Model S电池1-1.2万美元的目标价。情况很有可能是,特斯拉距离那个目标并不只有5,000美元。

为了实现目标,特斯拉并无特殊计划去做一些特别的事情。相反,该公司使用老派方法,比如更好地管理供应链以及降低物流成本。在特斯拉最近的财报电话会议上,穆斯克谈到跟原材料供应商直接进行合作,称他们惊讶于收到该公司的讯息,并乐于探索方法来降低诸如镍等金属的成本。此外,千兆工厂被设计成完整的业务流程,利用现场可再生能源,一体化生产基地将制造从电池到成品包装的所有东西,最大限度地减少了运输费用。

穆斯克没有提到——至少是在这个时候——在电池内部进行改进,即电池化学反应本身。事实上,除了生产改进所取得的小小进步,2017年款特斯拉电动汽车所使用的电池在性能上跟今天相比很可能并没有多大区别。

突破?

在其他地方,一些人正在寻求突破,但任何事物都有其自身的局限性。日本创业公司Power Japan Plus正准备将基于碳材料设计的电池推向市场,通过避免使用镍和钴这样的金属,该公司所谓的Ryden电池具有降低生产成本的潜力。

该电池也承诺拥有其他一些有趣的有点。不同于锂离子电池,“双碳”设计使其能够充放循环数千次而不会让电池容量受到任何损失——这或许能够让电池使用寿命达到20年,而如今电动汽车的电池只有8-10年。亚利桑那州的一些聆风车主已经经历了电池容量减少的事情,这要归咎于沙漠地区的高温。Power Japan Plus电池所需的冷却系统没有锂离子电池那么复杂,因为它在充电或使用过程中几乎不会变热。在诸如特斯拉的设计中,数千个小电池被组合在一起,而Ryden电池——其名字来源于神道教中的闪电之神——甚至可以使电池变得更加密集,但也只是略微提升。

问题在于,虽然这种潜力技术带来了重要的安全好处(它不会像锂离子电池那样着火)以及充电速度(它可以更快地充入更多电),但它没有在能量密度方面提供优势。Power Japan Plus团队乐于解答这个方面的问题,但同时又不断吹捧自己技术在其他方面的优势。然而,它是否足以让汽车制造商对一项未经测试的设计产生兴趣,那又是另一回事了。

在一定程度上而言,其中的挑战是,迄今为止几乎所有突破都被证明难以从实验室转向批量生产。锂硫电池是一种有潜力的想法,它在理论上能够提供至少两倍于目前最佳锂离子电池的能量密度。有可能随着时间的推移,锂硫电池设计甚至能够让前面提到的300磅特斯拉电池成为现实,但前提是有人能够展示可以制造出这种电池来。位于加州伯克利的PolyPlus正在进行尝试,该公司数年来一直在研究这种技术。但他们表示这种电池在2016年前无望投入商用,这或许能够让你对上述挑战有一个概念。

从商用再到应用于电动汽车,那至少又是数年时间 ,使其成为我们最快能够在未来十年看到的技术。换句话说,锂硫电池可能赶得上特斯拉的第二家千兆工厂——或者是日产的首家电池工厂。

不再有摩尔定律

多年来,电池技术一直有缓慢的稳步进展。但人们普遍认为 ,锂离子电池将在不远的未来碰壁。到那个时候,储存更多能量的能力将会停止提升,不久之后,压低成本的能力也会同样受困。好消息是,即使是在今天,电池成本也并非电动汽车发展的主要障碍,而特斯拉已经证明,人们可以利用现有技术来建造具有远距离续航里程的电动汽车。坏消息则是,如果电动汽车想要脱离轨道,更快地成为主流,那么它将需要一个突破——不只是特斯拉所设想的把电池成本降低30%——来抵达目的地。目前,这个突破仍然遥遥无期。

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