電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
世界正變得越來越電氣化。不僅僅發展中國家在增加其人民的電力供應,而且現有運輸基礎設施的電氣化正在迅速進行。到2040年,道路上超過一半的汽車預計將由電力驅動。
電池在這一轉變中發揮著關鍵作用,但一種相對較新的電池類型仿佛肯定會在個人電子產品、交通和重工業使用范疇占據主導地位。
事實上,這種主導正在順利進行。
電池的簡史
長期以來,電池一直是我們日常生活的一部分。1800年,意大利物理學家亞歷桑德羅·伏特發明了世界上第一塊真正的電池。這項發明代表了一個顯著的沖破,但從那時起,惟有少數重大的創新。
第一種是鉛酸蓄電池,發明于1859年。這是第一個可充電電池,至今仍是最常用的用于啟動內燃機的電池。
在過去的兩個世紀里,有一些創新的電池設計,但直到1980年,一個真正的游戲規矩改變者才被發明出來。就在那時,牛津大學和斯坦福大學的沖破導致了鋰電池的發展。1991年,索尼將第一塊鋰電池商業化。
鋰有哪些特別之處?
在鋰電池中,鋰金屬以鋰離子的形式從一個電極遷移到另一個電極。鋰是最輕的元素之一,它具有元素中最強的電化學勢。這使得鋰離子電池能夠在一個小而輕的電池中儲存大量的能量。因此,鋰電池已成為筆記本電腦和手機等許多消費電子產品的首選電池。
鋰電池發展加快
由于鋰電池的固有優點,自世紀之交以來,其銷量呈指數級增長。這有助于繼續降低成本。成本下降也幫助鋰電池在新使用范疇站穩了腳跟。
據研究機構BloombergNEF稱,鋰電池包(包括電池和電池包)的體積加權均勻價格較2010-18年下降了85%,達到均勻每千瓦時176美元。BloombergNEF進一步預測,到2024年電池價格將降至94美元/千瓦時,到2030年將降至62美元/千瓦時。
這條下降的成本曲線對任何在其服務中使用電池的公司,或那些需要存儲能量的公司(例如,電力加工商),都具有緊要的意義。到目前為止,大部分鋰電池的銷售都在消費電子范疇,但將來的銷售將越來越多地由電動車驅動。
今天在路上行駛的大多數汽車依然使用鉛酸蓄電池和內燃機。但過去5年,由鋰電池驅動的電動車銷量增長了逾10倍。此外,越來越多的國家正在制定將來基于內燃機的汽車禁令,希望電動車最終能主導個人交通。
當然,這意味著將來對電池的需求要大得多。以至于電動車制造商特斯拉正與松下合作,投資數十億美元興建新的鋰電池工廠。不過,美國鋰電池加工商的市場份額正在落后。
鋰電池的相關增長市場是在重工業使用范疇,如起重卡車、清掃機和洗滌器、機場地面支持使用和自動導航車輛。歷史上,這些利基使用都是由鉛酸蓄電池和內燃機提供的,但經濟效益已迅速轉向鋰電池。
然而,有一個國家抓住了這一勢頭,在這一范疇確立了超出競爭對手的絕對市場領先地位。但它不是美國,制造鋰電池的許多關鍵研究和開發工作都是在美國進行的。
中國處于控制地位
依據BloombergNEF的一項分解,2019年初全球鋰離子電池產能為316千兆瓦時。其中73%的產能來自中國。
到2025年,全球產能預計將強勁增長,BloombergNEF預計屆時全球產能將達到1,211千兆瓦時。美國的產能預計將增長,但增速將低于全球產能。因此,美國在全球鋰離子電池制造市場的份額預計將萎縮。
特斯拉正試圖通過建立自己的電池工廠來處理這一問題,但對于供應各種類型電池的公司來說,比如總部位于加州的OneCharge,在當地尋找供應商已被證明是一項挑戰。我最近采訪了OneCharge的首席執行官AlexPisarev,他強調了公司面臨的挑戰:
Pisarev告訴我,“美國制造商將樂于使用美國制造的鋰電池,但這在今天是不實際的。所以我們非得持續從中國進口。”
中國正在走之前在太陽能電池板上走過的道路。雖然太陽能電池是由美國工程師RussellOhl發明的,但如今中國主導著全球太陽能電池板市場。今朝,中國正致力于控制世界鋰電池的加工。
擁有最廉價的綠色技術是不是更可取,即使這意味著將制造業拱手讓給其他國家?較低的太陽能電池板價格幫助推動了新太陽能光伏的爆炸式增長,這反過來又支撐了美國的許多就業崗位。但這些電池板大部分是在中國制造的。特朗普政府試圖通過對進口太陽能電池板征收關稅來處理這一問題,但這些關稅遭到了美國太陽能行業大多數人的強烈反對。
中國擁有廉價勞動力的主要優點,這使得它能夠主導許多制造業。但中國的鋰儲量和產量也遠遠超過美國。2018年,中國鋰產量為8,000公噸,在所有國家中排名第三,是美國的近10倍。2018年,中國鋰儲量為100萬公噸,幾乎是美國的30倍。
前進的路
這一趨勢聲明,鋰電池將越來越多地在運輸和重型設備范疇取代鉛酸蓄電池。在一個二氧化碳排放量創紀錄的世界上,這是一個關鍵的進展。
但是,美國在制造成本和原材料供應方面都有這樣的優點,它能在世界市場上與中國競爭嗎?如果不能,隨著越來越多的鋰電池的使用壽命接近尾聲,美國能否為再生鋰開發一個有競爭力的市場?
這些都是需要處理的緊要問題。
向鋰離子電池的轉變帶來了許多新的挑戰和機遇。但美國需要一個有效的戰略,以避免將另一個清潔能源制造機會拱手讓給中國。
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