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业务范围:科研成果转让、技术难题的攻关、现场指导、新工艺的采用和推广,蓄电池产品生产许可证企业生产条件审查的咨询等。

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关于举办2019年全国铅酸蓄电池标准化技术委员会委员调整及标准研讨、宣贯会的通知

全国铅酸蓄电池标准化技术委员会全蓄标  [ 2019 ]   第080号关于举办2019年全国铅酸蓄电池标准化技术委员会委员调整及标准研讨、宣贯会的通知各位委员及有关单位:为落实2019年“全国铅酸蓄电池标准化技术委员会”工作计划,根据《全国铅酸蓄电池标准化技术委员会章程》决定召开2019年全国铅酸蓄电池标准化技术委员会第七届四次会议,会议内容如下:1、调整主任委员及部分委员;2、JB/T XXXX-XXXX《铅酸蓄电池行业绿色工厂评价要求》标准研讨;3、标准宣贯,明细如下:序号标准号标准名称1GB/T  37281-2019废铅酸蓄电池回收技术规范2JB/T  13623-2019铅酸蓄电池排气装置  技术规范3GB/T  28535-2018铅酸蓄电池隔板4NB/T  42157-2018铅炭铅酸蓄电池通用技术规范本次宣贯标准之中,GB/T  37281-2019《废铅酸蓄电池回收技术规范》标准作为国家重点标准发布后,受到国家管理部门重点关注,国标委网、人民日报及国内各大网站均对该标准的发布进行报导,未来必将作为废铅酸蓄电池回收指导性文件组成部分,发挥重要作用。JB/T  13623-2019《铅酸蓄电池排气装置 技术规范》行业标准,填补了铅酸蓄电池行业该类产品标准的空白,解决排气式和开口式蓄电池似是而非问题。GB/T  28535-2018《铅酸蓄电池隔板》标准的修订更有效的指导行业发展,NB/T  42157-2018《铅炭铅酸蓄电池通用技术规范》标准首次规范铅炭蓄电池通用性技术指标,促使铅炭在整个铅酸蓄电池应用打下坚实基础。由于上述制定、修订标准新增内容较多;变化较大;易出现误解,为使标准顺利实施,服务于社会和企业,使相关单位和个人更准确地理解、更好地执行上述标准。经全国铅酸蓄电池标准化技术委员会秘书处研究定于2019年06月26日-27日在江苏苏州举办上述标准宣贯会议。因此,请各委员单位及相关单位安排好各项工作,届时派人参加本次会议。具体通知如下:二、时间安排报到日期:2019年06月26日。 会议日期:2天(06月26日至27日)。 序号内容日期1全天报到06月26日2调整主任委员及部分委员06月26日   14:30——3JB/T XXXX-XXXX《铅酸蓄电池行业绿色工厂评价要求》4标准宣贯会06月27日     全天三、会议地点宾馆名称:国信雅都大酒店地    址:江苏省苏州市姑苏区三香路488号四、前往方式苏州高铁站(苏州北):地铁2号线,苏州北站上车(桑田岛方向),乘坐13站,三香广场(1口出)抵达,步行280米。苏 州 站:地铁2号线,苏州站上车(桑田岛方向),乘坐4站,三香广场(1口出)抵达,步行280米。无锡机场:方案1:机场巴士:无锡硕放机场—苏州火车站(基本每半小时一班,车程1.5小时左右),方案2:打车预计150元南京机场:S1线或者机场大巴抵达南京南高铁站,坐高铁抵达苏州北/苏州站。五、联系方式标委会秘书处:邓继东13889351969、付冰冰 13940269968  陈玉松13190039581。座机:024-25298116六、其它事宜 1、参会代表每人需交会务费1200元(提示:由于国家限制不能扫码缴纳,准备现金)。会议统一安排住宿,费用自理。2、会议主办单位:全国铅酸蓄电池标准化技术委员会。3、会议协办单位:  浙江虹达特种橡胶制品有限公司、苏州凯虹高分子科技有限公司。                    联系人:王玉莲 13505809329                           潘红明 13962540952 二O一九年五月三十日      参  会  回  执姓  名职  务单位名称(发票抬头)电子邮件手机(重要):住房要求:标准间(   ) 单间(   )/合住(  )单住(  )联 系 人: 邓继东 13889351969  付冰冰13940269968电    话:  024-25298116邮    箱: xdcbzh@vip.163.com请参会代表务必在6月20日前以电话、微信或邮件形式将会议回执反馈至秘书处!秘书处以会议回执为凭据发放会议资料及安排住宿。

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比克电池将亮相亚太电池展,全线产品拓展海外市场

第四届亚太电池展将于今年八月在广州开幕,作为2019年国内最大规模的电池展会,本次展会还未开幕就已经吸引了多方关注。作为国内领先的锂电企业,比克电池也将携动力电池、消费电子产品、储能产品等亮相展会,展品覆盖锂电全产业链,将全面展示比克电池的产品布局与市场进展。众所周知,中国已经超越日本和韩国,成为了目前全球电池产业的中心,动力电池、储能电池以及传统3C用电池产量和市场规模占全球70%以上,并且在技术、产品质量方面,国内企业也已具备了与国际顶级企业一竞高下的实力并有逐步领先之势。伴随着当前汽车电动化的全球大趋势,以及储能市场的不断发展释放,无人机、智能穿戴、机器人等新兴产业的崛起,将全面带动全球对高性能电池的大量需求。中国电池(包括电池材料、设备在内的相关产品与技术)具有“产业全,质量优、品类齐”的特点,在满足国内市场的状况下,走向世界豪无疑问乃是大势所趋。因此,不仅中国需要一个真正面向全球市场的国际化舞台,世界也在寻求中国优秀的集中采购平台。本次展会规划展览面积60000平米,约2500个展位,预计覆盖国外采购商7000人次以上,将作为面向全球市场的国际化采购交易平台,助力电池产业的全球化贸易与合作。目前中国已成为全球电池产业的中心,动力电池、储能电池以及传统3C用电池产量和市场规模占全球70%以上。据数据研究机构Benchmark Mineral Intelligence预测,未来十年,全球锂电池产能将增加399%,并进入1TWh时代。其中,中国将成为全球锂电池产业的重镇,2028年,中国的锂电池产能将达到631GWh,占全球的57.2%。数据来源:Benchmark Mineral Intelligence近年来,国内领先的锂电企业及高品质的锂电产品在满足国内市场的同时,也不断走向国际舞台,面向全球市场。比克电池副总裁李丹表示:“比克电池一直作为中国锂电的代表之一活跃在国际市场上,我们能够看到电动车市场除了主流区域之外,很多发展中国家也正在进行相应的消费升级,市场潜力巨大。在储能和消费数码电池市场,我们除了为国内的优秀企业提供电能解决方案也在欧美市场达成了很多合作。比克将基于全球化视野,不断拓展业务,在动力电池、消费电子、储能电池等多领域全方位持续开展贸易合作。”当前,伴随着电动化的全球趋势和新兴产业的崛起,海内外市场对高性能锂电产品提出了更高的需求,也将进一步激发以比克电池等为代表的国内锂电企业,通过技术创新等方式,为新能源行业提供更高品质的锂电产品,活跃于全球锂电市场。

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云南加强废铅蓄电池污染防治

云南省生态环境厅、省发展改革委、省工业和信息化厅等九部门日前联合印发《关于转发〈废铅蓄电池污染防治行动方案〉的通知》(以下简称《通知》),要求全省各州(市)加强废铅蓄电池污染防治,落实生产者责任延伸制度,提高废铅蓄电池规范收集处理率,有效遏制非法收集处理造成的环境污染,防控环境风险。《通知》提出,要全面排查、建立铅蓄电池相关行业企业清单,各州(市)生态环境部门牵头会同相关部门,全面排查本行政区域内的涉铅行业企业,分别建立铅蓄电池生产、原生铅和再生铅等重点企业清单;对列入清单的企业,依法实施强制性清洁生产审核。要加强监管,严厉打击各类违法犯罪行为。各州(市)市场监管部门持续依法打击违法生产、销售假冒伪劣铅蓄电池行为;各州(市)交通运输部门加强对汽车整车维修企业的培训和指导,督促其依法依规将废铅蓄电池交送正规收集处理渠道;各州(市)生态环境部门联合公安、市场监督管理等部门,加强对铅蓄电池生产企业、原生铅企业和再生铅企业的涉废铅蓄电池违法行为检查,严厉打击各类非法收集拆解废铅蓄电池、非法冶炼再生铅等涉废铅蓄电池违法犯罪行为,保持对涉废铅蓄电池的高压监管态势。各部门要按照职责分工密切配合、齐抓共管,广泛宣传废铅蓄电池收集处理的相关政策,确保各项任务落地见效,鼓励回收企业依托生产商的营销网络建立逆向回收体系,支持废铅蓄电池处理行业发展,逐步提升正规渠道废铅蓄电池收集处理率。《通知》特别强调,各州(市)生态环境部门牵头制定工作方案,细化落实各项具体工作措施,并抓紧实施,于7月20日前将工作方案报送省生态环境厅。(蒋朝晖)

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专家呼吁:应合理管控退役新能源汽车电池

中国新能源汽车产、销两旺。2019中国(青海)锂产业与动力电池国际高峰论坛23日在青海西宁召开,业界呼吁,动力电池作为新能源汽车“心脏”,应实现全生命周期资产运营管理。中国汽车工业协会数据显示,2018年中国新能源汽车产、销分别完成127.05万辆、125.62万辆,同比增长59.92%和61.74%。“新能源汽车产业前景光明,锂离子动力电池比能量未来将持续提升,”中国科学院院士欧阳明高说,“要研发更加安全的动力电池技术,来保障新能源汽车产业发展。”美国新能源汽车相关领域企业Camx Power总裁Kenan Sahin说,要用高安全、低成本、可回收的动力电池支撑电动汽车的健康发展,来达到市场、环境及官方的要求。中国电动汽车百人会秘书长兼首席专家张永伟说,车载阶段只是新能源汽车动力电池全生命周期的一部分,要通过其全生命周期资产运营管理,来发挥显著经济和社会效益。“退役电池在储能及其它动力领域还有再次利用的可能。”张永伟介绍,回收退役电池,能降低消费成本,减少资源战略风险,利于人类健康和生态环境。张永伟介绍,中国退役动力电池梯次利用相关政策和标准体系正在构建,梯次利用经济性已提现,如应用在电力系统储能、通信基站备用电源、低速电动车等相关领域。(记者 张添福)

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已到“退役期”的动力电池,该去哪儿?是个问题!

1、我国新能源汽车产业链真的足够完整?在我国,新能源汽车产业被当作是战略性新兴产业被培养发展着。从十年前国家为这一发展方向定下基调开始,突破动力电池、驱动电机和电子控制领域关键核心技术,早已成为了各方为之努力的目标,且成绩斐然。目前来看,我国新能源汽车行业已经形成了原材料供应、动力电池、整车控制器等关键零部件研发生产,到整车设计制造以及充电基础设施配套建设等较为完整的产业链,具备了产业化基础。可并非所有环节都发展得尽如人意,例如在本应优先考虑的动力电池回收环节,就不如其他环节发展得那般“良性”了。不仅发展缓慢,且遭遇了不少的瓶颈。同时由于消费者对之知之甚少,也引发了一些不必要的担忧。担心动力电池回收不到位,从而造成污染等质疑的声音络绎不绝,客观上也成为了新能源汽车发展的一大障碍。的确,从我国新能源汽车进入快速增长的2014年开始计算,第一批规模化的动力电池已经接近报废年限,且数量正在不断增加。面对汹涌而至的动力电池报废潮,目前的现状是市场上还没有建立起完善的回收网络。这些已到“退役”期的动力电池,到底该去哪儿?如何去,成为了各界无法回避的问题。2、为何动力电池回收会成为“短板”?早在去年年初,国内七部委联合印发的《动力电池回收利用管理办法》,就已经明确指出了,“汽车生产企业应建立动力蓄电池回收渠道,负责回收新能源汽车使用及报废后产生的废旧动力蓄电池”,强制规定了车企作为动力电池回收利用的责任主体。简单来说就是六个字,“谁生产,谁负责!”虽然明确了责任主体,但回收网络依然不完善,回收市场发展仍停滞不前。动力电池回收,俨然成为了我国新能源汽车产业发展过程中的最大一块短板。这背后当然是有原因的。技术的门槛,限制了动力电池的回收长期以来,新能源车动力电池还没形成统一标准,导致动力电池从铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池,再到三元锂电池,品类繁多,将这些标准不一、技术结构各异的电池统一整理并非易事。而从动力电池中分解出镍、钴、锰及锂盐等有价值的金属元素,或许比制造起来难度更大。技术的门槛,使得车企在这方面还需下大力气提高技术储备和人才培养。车企迈不开的投入产出比我们不难发现由于销量的原因,分到每个车企的第一批电动汽车“待退役”的动力电池数量其实并不算大,回收量也有限。同时,回收动力电池,目前来看也是无利可图的一件赔本买卖。据相关报告显示,目前普及率最高的湿法回收一吨磷酸铁锂电池的成本8500元左右,但从电芯中提取的镍、钴、锰、稀土元素等再生材料的售价仅为8100元,这也意味着回收企业不但不赚钱,还得“倒贴”。再加上目前整个市场体系过于分散,于是要这些车企都对动力电池的全生命周期进行管理,其投入产出比必然是不划算的。或许这也是目前车企在回收动力电池这一领域,积极性普遍不高的原因。电池的产权为购买者所有,回收率较低现阶段,车企在回收动力电池方面处于较为被动的局面。原因和新能源汽车的保值率是分不开的。本来贬值较快的新能源车就让车主苦恼不已,你还指望能够他们以较低的价格主动“退役”动力电池,显然不现实。如何补偿消费者,在各个环节做到提高回收效率,是各界需要一起来探讨的问题,仅凭车企自己很难破局。技术有门槛,回收不赚钱,还无法保障回收效率。动力电池回收成为我们新能源汽车产业链中的短板,也在情理之中。3、国外是如何做的,有无借鉴意义?动力电池的回收利用在国内还是新事物,但在国外已经发展了较长的时间。此时,国外的动力电池回收是如何发展,并形成相应体系的?咱们一起来看看,或许能够起到借鉴的意义。取其精华去其糟粕,没有什么不好意思的。这里有必要先跟大家介绍一下动力电池的回收利用方式,目前来看全球动力电池回收利用都只有梯次利用和拆解回收这两种方式,大家都是一样的。梯次利用以这种方式回收动力电池,其中最为著名的就是宝马打造的“莱比锡电池农场”。众所周知,宝马在电动车领域的发展也是较为成功的。无论是小型车I3, 还是豪华跑车I8,都是大家耳熟能详的车型。在推出有竞争力车型的同时,宝马在废旧电池领域也率先做出了探索。2017年10月,在宝马莱比锡工厂第十万辆BMW i3下线的仪式上,宝马的“电池农场”也正式开始并网运行。在宝马 i3 纯电车型制造车间隔壁的设施内,整齐排布着“退役”下来的电动汽车电池。700辆i3的旧电池也成为了高压储能系统的重要组成部分。同时,宝马工厂附近的风电场也与这个“电池农场”形成了配套,从而增加可再生能源在工厂内的消纳能力,保障宝马工厂的能源自给率。而另一个“退役”动力电池的梯次利用案例属于日产。不同于宝马把动力电池作为高压储能系统,日产则是直接制造成了电灯,命名为Reborn Light街灯。光听名字,“重生”就大体能够明白日产的用意。以街灯的形式,赋予了退役电池的第二次生命!它的具体原理为,将电动汽车的退役电池直接与路边电灯的光伏板相连,组成微型的储能系统,能在孤网的环境下正常工作,对于福岛等灾后重建的地区来说有着很强的现实意义。拆解回收说到拆解回收,不得不提日本的丰田。早在1998年,丰田就已经启动了废旧镍氢电池的回收计划。虽然丰田主要的经历是针对混合动力汽车领域,而且混动车型动力电池与电动汽车的电池相比,HEV的电池比较小(1 Kwh),但是丰田HEV在全球的累计销量和保有量相当大,丰田的镍氢电池回收和处理策略也非常值得作为借鉴基准。但也不能完全照搬。为何说丰田的动力电池回收策略值得借鉴?看看丰田的回收流程你就能明白一二。首先,丰田很早就建立起以经销商网络为发力点的电池回收网络。先是发布每辆混动车辆的应急处理策略,通过零售网络对废旧电池进行回收。最重要的是通过“以旧换新”方式从经销商处回收旧电池。此时就需要注意,由于混动车型的电池和纯电锂电池存在着不同的安全性。那么对于消防、存储和运输都有很大的差异,策略可以借鉴,但方式不可照搬。而在电池拆解处理过程中,丰田给到的可借鉴操作那就是合作。2011年,丰田在日本与住友金属合作,实现镍的多次利用,能够回收电池组中50%的镍。丰田化学工程和住友金属矿山为此配置了每年可回收相当于1万辆混合动力车电池用量的专用生产线。2012年,本田与日本重化学工业公司合作配置了类似的生产线,这条生产线可以回收超过80%的稀土金属,用于制造新镍氢电池。丰田同时保持着与SNAM公司(法国)、优美科(Umicore)集团(比利时)的合作关系,由后两者分别对镍氢电池和锂电池进行回收。可见,丰田也不是一根筋似的大包大揽,找到更多的合作伙伴,既降低了技术门槛,也分化了成本使得投入产出比得到了充分的保障。国外车企的电池回收策略和经验,或许能够给咱们国内的车企,起到一定的借鉴意义。由于国情、企业自身实力等因素,又不可完全照搬。但至少可以避免少走一些弯路。快评:在国家利好政策驱动下,我国新能源汽车产业由“萌芽期”进入“成长期”,新能源汽车产销量不断攀升,政策引导逐步退出,市场导向逐步发挥作用,行业进入了良性发展阶段。但不可忽视的是,在新能源汽车这条产业链上,那个重要的动力电池回收环节还有待完善。我国首批新能源汽车的动力电池已到退役期,那些电池该去哪儿,如何去,还真的是个不小的问题。

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电池竞赛,谁是最终赢家?

乍一看,在这个春季的清晨,SK Innovation研发园区的一切都是那么的安静祥和。该园区位于大田。这是一个整洁、整齐划一的城市,亦是由韩国政府打造的科技中心,在首尔乘坐高铁南行一小时即可到达。在SK绵延不断的园区内,遍布着雅致的现代玻璃钢铁建筑,哪怕是登上高大上的建筑杂志也毫无问题。其中的一栋建筑是图书馆,里面的桌子上堆满了一卷卷的厚纸和启发创意的报事贴。另一栋建筑中设有咖啡吧,工程师们正在排队等待咖啡饮品。凉风习习,鸟儿欢唱,粉红的樱花正在怒放。SK研发业务的商业策略负责人黄在尹(音译)驾驶着起亚电动汽车,载着我在园区转了转,然后停在了山顶上的一个站点。在我们身前是一座七层的立方体建筑K-8,整个建筑覆盖着哑光银壁板,没有任何可见的窗户。其唯一可见的标志位于一面墙的顶部角落,它以非写实的方式勾勒出了一个橙色的熟悉物体:一块电池。K-8的外观看起来十分古怪,近乎华而不实。黄在尹解释说,园区内的其他四栋建筑,外加正在修建的一座,都是用于开展电池研究的。为此,SK聘请了数百人,而且还在不断招兵买马。当我要求进入K-8参观时,遭到了黄在尹的拒绝。我在拿起照相机拍照时也被他拦了下来。他说:“在这个区域,对建筑拍照也是不允许的。”SK的研发园区一直在不断扩张,因为公司有着悠久的技术传承,它是韩国历史最早的炼油商。如今,这家石化公司已经选择在未来发展与电动汽车相关的产业,并与全球最大的汽车制造商签署了电池生产合约,例如大众。在签署这一合约之前,大众因为再三故意违反柴油车排放标准的丑闻而遭遇了毁灭性打击。随后,公司下定决心要以绿色企业的身份回归市场,并将很大一部分车型从烧油改为用电。SK与大众和其他汽车制造商签署了巨额订单,其中包括声称要在2022年推出10款纯电动车型的戴姆勒,以及中国最大的纯电动汽车制造商北京汽车集团。SK正加速在中国、欧洲和美国建造大型电池厂,包括一家距离亚特兰大一个小时车程的工厂。到2025年,SK的电池生产将得到大幅扩张,公司目前在认真考虑在这一期间为该业务注资约100亿美元。这笔投资对于一家如此庞大的集团来说也是一个不小的数目。尽管SK的业务面十分广泛,但它在过去的50多年中一直都致力于开采来自于地下的黑金。黄在尹在评论SK的电池业务时表示:“如今,订单量实在是太大了。”国际玩家:首席执行官孙康帮助安普瑞斯获得了来自于美国和中国投资方的资金。图片来源:Photograph by Stephen Chow for Fortune多年以来,电池升级竞赛仅限于消费电子。这是一个不断增长的业务,但无需为其再次配置资本。如今,面对道路上电动汽车以及电网中可再生电力的攻势,这场竞赛演变成了一场企业和地缘政治的死斗。一夜之间,众多顶级跨国公司开始异常严肃地对待这件事情,尤其是汽车巨头、原油大拿以及发电公司。此前,它们认为经济的储能方式是一个白日梦,如今,它们将其视为一种现存的威胁。如果不加以利用,它们可能会因此而被边缘化。它还会拉开全球主要经济体之间的距离,这些国家将21世纪自身在储能领域的主导地位等同于19世纪对煤的控制以及20世纪对石油的控制。这里存在一个明显的信号:电池技术竞赛已经深深融入当前正在进行的美中贸易摩擦中。即便是电池怪才杰弗瑞·张伯伦也觉得这一转变着实令人吃惊。多年来,他曾经供职于阿尔贡国家实验室,负责美国政府的一个顶级电池研究项目。如今,他主导着芝加哥风投基金Volta Energy Technologies,从紧张的电力、石油和其他公司那里获取资金,然后投资储能技术初创企业。张伯伦说,这些企业认为自己必须为其赌约购买多重保险,因为“可再生能源对于这些公司来说具有大规模的破坏性。”与此同时,中国已经宣布把打造世界级的电池产业作为一项国家级战略,并且为此公布了相关优惠政策。张伯伦问:“这意味着什么?它们是否会成为电池行业的新沙特?”数十亿美元的资金进入了电池研发领域,也让如今的电池行业成为了科技行业的香饽饽,一如10年前的半导体行业。初创企业的吸金速度尤为迅猛,每一家公司都疯狂地许诺在能源储存难题上有了重大突破。这些资金来自于寻求技术解决方案的跨国公司、寻求新盈利目标的风投公司以及各式各样打着拯救地球旗号的亿万富翁,而且太平洋两岸均有所贡献。有些初创企业将大获全胜,但失败的更多。不管怎么样,它们代表着电池竞赛的最前沿,但那里的冲撞也最为致命。出名的大多都是勇者,而经得起时间考验的突破获得发展的可能性最大。对比那些大公司,初创企业更加善于推销自身的业务。这一点是合情合理的,因为它们渴望获得资本。当今的全球电池竞赛有两大热潮。第一个热潮是电动车电池,它已经十分成熟。能源数据公司Wood Mackenzie预测,电动车电池的市值将从2017年的130亿美元大幅增至2024年的410亿美元。正是基于这个原因,埃隆·马斯克的特斯拉公司才建造了一家大型电池厂,也就是特斯拉所称的“巨型工厂”(gigafactory),位于内华达州。也正是考虑到这个市场规模,全球几乎所有的汽车制造商(因特斯拉在电动车市场的表现而羞愧不已,但已下定决心要迎头赶上)向SK和其他主要电池制造商抛出了巨额订单,这些电池制造商的总部基本上都位于亚洲。此外,这一市场前景也在吸引它们投资那些承诺能够带来突破性技术的初创企业。另一大热潮才刚刚起步,属于电网用电池:其设备大小跟厂房差不多,旨在储存大量电量,有可能一次储存数天或数周的用量。这类技术能够带来重大的转型,也就是从煤和天然气这类化石燃料向太阳能和风能转变。虽然煤和天然气对气候有不利影响,但可以随时启用或关闭,而风能和太阳能则并不是全天候的存在。电网用电池市场依然处于初期,基本上依靠政府补贴,也就是说风险较大,而且是否能够取得成功还不好说。一群侃侃而谈的技术专家正在摩拳擦掌,率先向市场推出其长时间供电储能设备,这些专家的背后都是财大气粗的投资者,从比尔·盖茨支持的基金一直到沙特阿美。在这两大热潮中,面临风险的不仅仅是一些企业家及其带有投机目的的投资者,全球经济的未来亦是如此。自从本杰明·富兰克林在闪电风暴中放飞带钥匙的风筝之后,事实证明,人们很难大批量地储存电量。这也是为什么汽车仍然在烧油的原因,因为油箱可轻易地储存燃油;这也是为什么人们仍然需要架设数千英里的传输线缆,把电从发电端传到使用端的原因;而且这也是为什么大多数发电厂依然采用燃烧化石燃料发电的原因,虽然它对环境存在不利影响,但却异常的可靠。拉一下开关,整个系统开始运转,然后电灯就亮了。如果人们可以以低成本储存大量的电量,行业将发生巨大的变化。电动车的零部件比燃油车少,因此从规模化来讲,其制造成本要更低,也就比内燃机引擎更加优越。白天,人们可以将太阳能转化为电能,夜间则储存风能,而且如果成本合适的话,可再生能源能够成为一种持续而不是间歇性的能源来源。鉴于交通运输和发电的温室气体排放量占到全球总量的约40%,人类的碳产出量实际上可能会因此而大幅下降。科学家警告说,如果要避免尤为危险的气候变化,人们必须在本世纪中叶基本上实现零排放。经济赢家和输家的大范围重新洗牌可能会导致知名企业寻求新的业务模式。汽车制造商将不得不更换装备,否则就会出局。原油公司至少不得不在很大程度上将自己重新塑造为可再生能源提供商,否则将逐渐淡出人们的视野。公用事业则不得不转而采用新的去中心化业务,其中,它们曾经运营着大量的太阳能电板、风力涡轮机和电池。换句话说,寻找低成本电力储存方式会让全球经济短路,然后重新洗牌。这一点能实现吗?今年春天,我为了找到这个答案烧了不少燃油。我开车到访了北加州的不同地区,并乘坐飞机前往世界各地。在硅谷、波士顿、中国和韩国,我发现初创企业正在蓬勃发展,而大公司则为了生存而努力奋斗。所有企业都十分紧张,不过一些企业在这一方面更具前瞻性。如今,储能是所有泡沫市场的幕后推手。然而,从基础构架来说,电池是一个较为简单的设备。它包含四个部分:带正电的电极,又称为阳极;带负电的电极,又称为阴极;连接两极的物质,又称为电解质,通常是液体;薄膜,又称为隔板,用于在“短路”时防止某些分子从一个电极游向另一个电极,而“短路”会导致起火。过薄的隔板被看作是2016年某些三星手机一连串火灾的罪魁祸首。当电池为设备提供电量时,内部的化学反应将原子分解为称为离子的带正电分子,以及称为电子的带负电分子。离子和电子会同时从阳极流向阴极,但会形成不同的流。离子会穿过电池;电子会在设备中形成回路,为其提供电力。在传统的电池中,当所有的离子和电子从阳极流向阴极后,电池的电量也就用尽了。可充电电池在通电后可以吸收新电力,让离子和电子流向正极,从而再次为设备供电。纳米世界:一台安普瑞斯的机器能够将气体附着在金属上,以制造“硅纳米线”阳极。图片来源:Photograph by Christie Hemm Klok for Fortune电池研发的一个主要目标就是实现“能量密度”的最大化:也就是单位体积或质量的电池中能够塞进的能量值。它基本上取决于阳极能够容纳的离子数量;有了更多的离子,电池就会有更多可用的电子为设备供电。离子数和阳极至上的理论确立了如今电池研发的两项重要事实。第一,基本上现今所有电池的离子都来自于同一种物质:锂。锂是一种重量特别轻的元素,这也就意味着其离子非常小,因此,阳极也就可以塞入更多的离子。正是因为这个原因,大多数电子设备,从iPhone到特斯拉,都是采用的“锂离子”电池。另一个现实在于,如今电池研发的一个重要方向就是打造更好的阳极:也就是容纳海量的锂离子。安普瑞斯便是非常有希望在超级阳极方面有所突破的公司之一。该公司的总部位于硅谷,是一家长达十年的初创企业,其大多数业务都位于中国,而且两国的投资者共同为这家公司倾注了1.4亿美元的资金。这些公司包括硅谷风投公司Trident Capital 和Kleiner Perkins、中国私募股权公司软银赛富,以及无锡政府旗下的投资公司无锡工业发展集团。安普瑞斯在无锡设有一家很大的电池工厂。与众多初创企业不同的是,安普瑞斯已经在生产电池,而且面向知名客户销售。安普瑞斯的首席执行官孙康称,公司去年的营收约为5000万美元。但其技术依然存在很多问题,其未来也是也存在诸多不确定因素。他说,“我们还没有脱离险境。”孙康是科技行业专业人士。他十分注重发型,穿着笔挺的衬衣,说话开门见山。他在中国长大,在布朗大学获得博士学位,并一步步做上了霍尼韦尔的副总裁,随后回到了中国,帮助组建了JA Solar,后者目前已经是全球最大的太阳能电板制造商。目前,他在旧金山附近居住,开着特斯拉,而且似乎经常在全球各地之间穿梭。他说,自己当前担任这家泛太平洋电池初创企业的负责人是“职业生涯中最困难的一项工作。”在与他共度的数个小时中,他嘴里一直会提到一个词,几乎是下意识的自语,就像是口头禅一样:“不容易。”也就是:“电池科技并不是一件容易的事情。”让孙康感到痛苦的来源是:超级阳极令人抓狂的不稳定性。大多数锂离子电池的阳极都采用石墨制作,这种材料很便宜,而且广泛存在。与其他众多初创企业一样,安普瑞斯正在试图采用硅来做阳极,单位克重的硅所能够容纳的锂离子数量从理论上来讲是石墨的10倍。“从理论上来讲”是一个巨大的警告。硅作为锂离子储存者的优势也存在着一个重大的缺陷:当硅被塞满大量的锂离子之后,它会膨胀。这种膨胀会破坏阳极材料,大幅降低超级电池理应拥有的寿命。10多年前,斯坦福大学的材料科学教授崔屹开发了一种新的技术来解决硅在阳极的膨胀问题。该技术使用的硅结构在纳米级别像是翻转毛刷上的单根鬃毛。实验室的实验证明,在每个单元塞入锂离子之后仍然有大量的空间进行膨胀,而不会碰到其他的鬃毛,或导致阳极破裂。将这一理念商业化的正是安普瑞斯,该技术又称为“硅纳米线”。孙康随即担任了该公司的首席执行官,他认为自己在经营数年之后就可以将其卖掉或上市,并借此大赚一笔。10年后,他依然是如坐针毡。他说:“公司现在的规模是之前的30倍,否则,我们无钱可赚。”安普瑞斯位于硅谷心脏加州桑尼维尔的人才中心是一个像碉堡一样的套房,坐落于一个不起眼的工业园区。墙面十分破旧,家具看起来像是租的,虽然实际上并非如此。我有一天过去参观的时候看到,男厕所尿池下方的地板上铺着满是污点的硬纸板。今年夏天,安普瑞斯将搬到另一个办公地点,原因在于公司没有续签租约,而且新地点的租金更低。安普瑞斯并未将资金用于打造舒适的员工环境,而是用于科研和制造。在桑尼维尔办公室的一个实验室中,装着安普瑞斯的核心产品:一个房间大小的机器,由安普瑞斯设计,并按照具体规格在欧洲制造,它能够将硅烷气体和其他气体喷在金属基质上;接下来的化学反应便能够打造出硅纳米线。人们可以通过机器上的美国银币大小的窥视孔观察这一过程,气体在输送过程中是一团紫色的雾霭。整个过程中的所有环节都十分复杂和讲究,包括气体成分、进入时的压力和温度,基质在机器内部运输带上的传输速度。机器生产的阳极材料为军舰灰双面卷状物。该材料每一面的一平方厘米封装了约20万根硅纳米线。这些材料在分割后被送到多个小实验室房间,身穿白外套、戴着蓝手术面罩的员工将通过手工来组装电池。安普瑞斯表示,其中最好的电池的能量密度要比传统的锂电池高60%。但它的一个缺陷在于,其充放电次数不如传统的锂电池,这也是安普瑞斯正在努力改善的问题。安普瑞斯最先进的电池技术引起了美国军方的注意,后者正在测试其在服装上的使用情况,士兵可能会穿着这些服装在野外为其设备充电。到目前为止,该电池的最大买家是空客。作为Zephyr项目的一部分,空客正在名为高海拔假卫星(HAPS)的无人机上测试这些电池。去年12月,这两家公司宣布,其中一架由安普瑞斯电池供电的空客无人机飞行时长超过了25天,“创下了平流层飞行的新耐力和高度记录。”对于孙康来说,空客合约既是其救生索,也是一张警示牌。他说,对于这些电池,“我们向空客开出了天价”。“这种价格是不可持续的”。换句话说,在桑尼维尔打造的这些电池类似于在萨维尔街(世界最顶级西服手工缝制圣地——译者注)缝制的西服:量身定做、昂贵,因此具有风险。孙康在谈到加州业务时表示:“如果这项业务无法规模化,那么将难以生存。”重金属:海运集装箱装载着Vionx“流体”电池,它储存着由马萨诸塞州伍斯特风能涡轮机所发的电力。图片来源:Photograph by Jesse Burke for Fortune空客有充足的理由为安普瑞斯的天价电池买单。它正在努力开发和商业化一个成本更低的卫星替代方案,以及可行的电动空中出租机队,并在这一方面超越包括波音在内的对手。A3 by Airbus的首席执行官马克·卡辛指出,“市场上有数千家公司”称自己拥有电池领域的未来突破性技术。A3 by Airbus是空客在桑尼维尔设立的创新中心,离安普瑞斯并不远。然而,除了安普瑞斯之外,“我们并没有看到有任何证据表明,任何公司可以在中短期内拿出已经足够成熟的电池,并将其装入某款产品。”与此同时,安普瑞斯在中国正在追逐一个更广阔的市场。在南京这座孙康长大的中国南部都市,安普瑞斯设立了另一个实验室,致力于开发不像其硅纳米线技术那么稀有、但高出行业标准的阳极材料。它是一个纳米级的硅结构,呈粉末状,然后与传统的石墨粉进行混合。随后产生的石墨-硅混合物在一家传统的电池厂进行加工。与传统电池相比,这种添加硅的简单做法通常可将能量密度提升15%。虽然其改善效果远低于硅纳米线材质,但成本要低得多。在我到访南京的那天早上,金属货架上放置着数十袋硅粉。在我这位业余人士的眼中,这些粉末跟研磨后的咖啡差不多,唯一的区别在于褐色的深浅。有一些类似于法式烘焙咖啡,其他则属于轻度烘焙版。安普瑞斯正在向美国、欧洲、日本、韩国和中国各大汽车制造商销售这种材料进行测试。它还将粉末运到安普瑞斯于2016年在无锡附近建造的工厂。当我到访无锡工厂时,工厂正在大量生产儿童智能手表和消费电池组使用的电池。工厂还为一家中国无人机制造商生产电池。被派往引导我参观的科研人员翟传新(音译)说,它对于工厂最近获得表电池的合约感到尤为自豪。为此,公司围绕能量密度与全球最大电池制造商之一的中国新能源科技有限公司展开了激烈竞争。翟传新提到了无锡厂服务的另一名客户:一家使用电池制作寒冷天气氧供应机器的公司。他说,这家公司向中国军方销售机器,在西藏用于医疗用途。这一点反映了在美中两国均有业务的众多电池公司所面临的敏感问题。孙康说,在两国关系紧张之际,安普瑞斯必须在投资者和客户选择方面慎之又慎。他是美国公民,称自己更喜欢美国的生活环境。但商业就是商业:安普瑞斯刚刚完成了3000万美元的融资轮,而且所有资金来自于中国投资者。孙康解释说,电池市场“属于中国业务”。他对我说,作为第二祖国的美国“应该醒醒了”。与孙先生一样,大卫·维尤是科技行业的资深人士,曾经耗费10年的时间试图创建一家电池厂。与孙先生不同的是,维尤(他说自己的名字与“view”同音)曾经历过失败的痛苦。2012年,维尤帮助创建的锂电池公司A123 Systems申请破产,令人唏嘘不已。自从10年前创建以来,A123已经筹集了3.5亿美元的私募资金,在美国纳税人配对基金上花费了1.29亿美元,然后在大肆宣扬的2009年首次公开募股中收获了3.9亿美元的资金。A123在创建时曾经设想,公司会获得来自于通用汽车和其他汽车制造商电动车电池供应合约,不料这些公司大幅削减了生产计划。A123对某些电池的召回也带来了不利影响。在破产之后,评论员批评A123是美国补贴本国清洁能源这类荒唐事件的典型代表。A123电池的大多数业务在2013年被卖给了中国零部件公司万向集团。自从那时开始,中国便开始举全国之力打造全球领先的电池行业。在遭遇了A123的内爆之后,维尤认为他已经受够了电池业务,但随后又改变了想法。如今,他又开始经营一家电池初创公司,在这个竞争对手林立的行业努力拼搏。然而,这一次他并不打算改进锂电池,而是要取代它。维尤是Vionx Energy的董事兼前任首席执行官,这是一家位于马萨诸塞州波士顿沃博恩郊区的初创企业。投资者,尤其是风投资本公司,到目前为止已经向Vionx和其前身注资1.3亿美元。Vionx(维尤在谈到这个名称时指出它是一个“很傻的名字,但这些人一直都很傻”,其发音是“Vy-on-ix”)寻求批量生产一种完全不同的电池,一种可以通过盈利的形式储存超长时长的大量可再生能源的电池。Vionx是一群公司的集合,它们致力于开发的电网储存技术在功能和尺寸上并不怎么像电池,而更像是发电厂。电网储存领域的种子公司并没有像锂电池竞争者那样,在纳米级别摆弄航天材料,而是一块块金属、工业泵和管道,以及一次性往巨大储罐中倾倒数千加仑的化学制品。Vionx这个特殊的精巧装置被称为“流体电池”。在大规模工作的情况下,它可以提供约10个小时的低成本电量储存,如果储罐更大的话,时长会更长。过去几年中,流体电池已经成为了能源行业类似于笑柄的存在。人们在这一技术规模化方面的种种尝试均以失败告终,不仅是因为这种技术会出现各种小故障,而且还在于由化石燃料支撑的电网并不需要储存多少电能。维尤现如今坚持认为,两大根本性的改变——更好的技术以及可再生能源价格的大幅降低——意味着过去并非是序曲。太阳能价格在过去10年中下降了70%,再加上最近降价的风能,正在推动对能源储存的需求。与此同时,研究机构Wood Mackenzie称,电网规模存储系统(电池和建立系统所需的各类工具)的价格自从2010年以来已经下降了85%。严肃的强势选手如今正在投资电网储存技术。Exelon便是其中一家公司,它在2018年的营收达到了359亿美元,在今年的《财富》美国500强榜单上排名第93位,拥有约1000万名客户。公司正在试验大型电池,并将注资电池科技投资公司Volta。Exelon的企业策略高级副总裁克里斯·高尔德表示,公司已经完成了向太阳能的转变,储存业务将得到加强,公司也将从中盈利。然而事实是:到目前为止,存储提供的电量仅占电网电量的一小部分。Wood Mac¬kenzie称,2018年共计储存了6000兆瓦时的电量。这是全球的数字,但还不到福克兰群岛一年一半的用电量。即便电网存储市场在2017至2024年的经济价值能够按照Wood Mackenzie的预期增长8倍,届时它仍然只是电动汽车电池市场价值的十分之一。只要存在,电网存储通常就是政府补贴和强制政策的产物。即便政府提供此类支持,电网存储往往会集中出现在特定的地区,也就是那些可再生能源能够发挥最大经济优势的地区,例如加州和夏威夷。这些地区有着尤为充足的日照和风能,而且化石燃料价格异常高昂。这些在电网上的能量存储容量如今也就只是几大堆锂电池的电量。这对于全世界来说是一个不利的消息,但维尤希望它会成为Vionx的机会。锂电池已经霸占了玩具、表、手机、电动车等移动设备的市场,因为它能够将大量的电力塞入一小块电池中。但如今的电网规模锂电池组建仅能储存几个小时的电量,然后又得再充电。在遇到难以预料的太阳能或风能下滑时,它倒是足以在化石燃料产生的电力回升和输出之前稳定电网。但还远不足以支撑将全球电力系统从化石燃料改为可再生能源。液体资产:用于测试Vionx流体电池的设备,它依赖于一罐罐的化学原料来储存电能。图片来源:Photograph by Jesse Burke for FortuneVionx为其技术服务提供了一个可能的答案。在马萨诸塞州的三个由政府资助的测试地点中,Vionx已经部署了装着其流体电池的集装箱原型。它们由一堆堆的泵和管道,以及塑料和金属构成,维尤自己将其称为“Rube Goldberg”。在马萨诸塞州雪里,Vionx正在等待与一大片中国造太阳能电板相连。在完成安装和运行之后,它应该可以储存可供160个家庭使用的电量。我在一个下午参观了厂址,气温是如此之低,我的手指在记笔记后都麻木了。我亲眼看到,这个系统实在是太大了,与我如今认为锂电池可以塞入口袋,或至少能塞入背包的想法可谓是天壤之别,但维尤不这么认为。他说,Vionx系统需要达到电厂的规模才能行得通。“否则,就只是个花瓶。”Vionx在位于沃博恩的总部设计和组装了这些系统,只不过总部看起来更像是商业车库而不是实验室。到处都是大的可以灌篮的桶,不过,鉴于里面装的都是电池液,要灌篮的话实在是不明智。Vionx的工程业务副总裁沙扎德·巴特带我参观了工厂。他是一位汽车专家,在福特汽车工作了很多年,然后来到了A123,随后又加入了Vionx。他用平淡的密歇根口音对我说,锂电池是“储能行业的法拉利,我们这个是卡车。”Vionx基于由联合技术公司开发和授权的技术。它使用金属钒作为其化学原料能量载体。但初创企业面临两大根本性挑战。一个是供应。钒是一种在全球流通的商品,其价格波动很大。目前的价格很高,不利于Vionx的经济效益。另一个挑战在于需求。促使电网储能市场成形的政府已经出台政策支持锂电池系统,但锂电池通常只能提供4个小时的备用供电时间,而且会出现性能衰减,每过几年就得更换。但Vionx庞大的系统在成本方面具有竞争优势,能够提供10小时的储存电量,而且可以持续20多年的时间,基本上不会衰减。系统庞大的体形会带来更高的初始成本,估计只有寄希望于更多小时的电量销售才能进行分摊。如果购买的Vionx系统只能够提供4小时的备用电量,那么就不亚于购买喷灯来点雪茄。维尤在波士顿一家他最喜爱的使用白色餐桌布的餐厅享用生蚝、鱼肉晚餐时说:“这是个很大的问题。”这个问题并不陌生。他发现自己陷入了在A123时遭遇的同样困境:他确信储能设备在技术上已经做好了准备,但市场并不需要,至少目前不需要。他喝了口法国霞多丽红酒,然后说:“问题在于,‘以后是否会有那么一天,可再生能源加储能设备会比煤炭更便宜?’如今我依然坚信这一点,正如我在2004年就认为电动汽车会大行其道一样。但问题在于,这一天何时才能到来。”Vionx只不过是众多面临这一困境的电网储能种子选手之一。另一家是Form Energy,这家初创企业部分源自于麻省理工学院材料科学教授蒋业明的实验室。蒋业明曾经与维尤共事,是A123背后的科技参谋。Form Energy筹集了1100万美元,同时最近还获得了美国能源部390万美元的拨款。其他投资者包括比尔·盖茨创建的10亿美元清洁能源基金Breakthrough Energy Ventures、不知名的其他全球亿万富翁,以及石油巨头沙特阿美。Form Energy希望以较为经济的方式打造能够长久供电的储能设备,不仅仅只是10小时,而是数天或数周的时间。其高管认为有必要让电网上可再生能源的比例达到真正能够替代化石燃料的地步。From Energy意图利用获得的联邦政府拨款打造以硫为关键原料的系统。蒋业明在马萨诸塞州剑桥市充满阳光的办公室聊天时并没有表明Form希望商业化的储能设备是否会使用硫。然而,用词十分小心的他说道,“硫是最具吸引力、有着丰富储量的分子。”如果用非科学的语言来解释,“丰富储量”等同于价格便宜。离蒋业明办公室仅有数个街区的地方,我拜访了去年从X剥离出来的初创企业Malta。X是谷歌母公司的“臭鼬工厂”。与Form一样,基于斯坦福大学科技的Malta计划使用巨型储罐和泵来储存可供数天或更长时间使用的电力。但Malta的科技是将能量以热量的形式储存,公司认为这种方式更加经济。Malta的投资者包括瑞典热交换设备制造商Breakthrough Energy Ventures,和一家中国可再生能源生产商。整个故事就像一个初创企业纪录片,公司源自于剑桥市的一个共享工作室,冷凝咖啡和康普茶自由弥漫在整个空间,会议室均以历史上伟大的土木工程项目命名。Malta的首席执行官拉姆亚·斯瓦米纳山对我说,她希望公司在大约五年内推出产品。最令她感到担心的是,公司正在为一个当前并不存在的市场设计一款复杂的机械设备。她表示:“这有点像盲人摸象,我们一直在摸索着寻找出路。”我所到访的电网储能初创企业和锂电池公司之间存在着巨大的差别。专注电动车市场的公司看起来更加疲惫,因为市场目前就希望获得更好的锂电池。回到沃博恩,少数其他电池初创企业距离Vionx并不远。其中一家是Ionic Materials,它的创始人是一位沉默寡言的材料科学家迈克·兹莫曼。那天早上我到访时,他还裹着一条L.L. Bean的抓绒夹克。他在整个职业生涯都在与塑料打交道,包括他在知名的企业科研设备供应商贝尔实验室工作的那段时间。兹莫曼在近10年前便开始思考如何为电池制作更好的聚合物。他研发出的一种聚合物在室温情况下能够让离子自由流动。这就让以低成本方式制作无需液体电解质的电池成为了可能。兹莫曼说,“固态电池”可以更安全,而且具有更高的能量密度。Ionic Materials的投资者包括诸多知名的跨国公司,例如雷诺-尼桑-三菱联盟、法国石油公司道达尔以及韩国汽车制造商现代。其他投资者包括自身拥有电池产品的日本巨头日立,以及储能行业基金Volta。兹莫曼的团队有50人,正在努力减少聚合物的厚度,增强其强度、一致性,并降低其成本。他希望经过一切准备之后,在未来几年推出产品。他坐在一块写着“我们信科学”的挂钟下,用空咖啡杯敲着桌子,并说道,“这真的是太难了,整个过程令人头疼不已。”未来的电池:Vionx的技术人员陈刚(音译)为流体电池堆建造控制单元。图片来源:Photograph by Jesse Burke for Fortune离Ionic Materials不到1英里的地方坐落着Solid Energy Systems,该公司研发的产品在外界看来更加前卫。公司的创始人胡启朝对固态电池的理念不屑一顾。他指出,它的安全性能可能更好,但无法容纳足够的电量。他认为硅阳极也属于类似乏善可陈的技术。33岁的胡启朝成长于中国武汉,于麻省理工学院获得学士学位,并从哈佛大学拿到了博士学位。他正在努力实现商业化的技术被电池研究人员视为圣物:一款可以秒杀锂电池内硅元素的阳极,因为阳极本身由金属锂制作。多年来,问题一直在于安全性。锂金属电池在充电时有一个特别的特性,因为这类物质在阳极的积累可能会击穿隔板,并导致短路和起火。胡启朝对此并不感到担忧。他坚信,自家电池不会比在售锂电池危险。他将其称为“超越锂离子”的存在,并希望在明年开始面向无人机销售。他对我说:“尽管锂电池汽车也有着火的情况,但人们依然在购买,因此这款电池也是可以接受的。”胡启朝是个雷厉风行的人。他打算尽快让公司上市,因为时间就是金钱。他对我说:“一旦首家超越锂电池公司上市,它将吸引所有的投资。行业中的每一家企业都想争做第一。”我们早上7点半在沃博恩开会,胡启朝迟到了几分钟,手里拿着一个大大的旅行杯,里面装着茶水。这两个现象都是可以理解的,因为从他在新泽西的家到这里要开车3.5小时,他每周都得往返一次。当我在上海见到胡启朝之后去参观Solid Energy正在嘉定修建的工厂时,他穿着皱巴巴的斜纹裤和满是灰尘的工作靴——一周之后仍然是这一套。嘉定这个地区也有着很多首要的汽车制造工厂。多名投资者跟随着胡启朝穿过了整个工厂,那里的空气中满是新刷油漆的味道。这些投资者总共向Solid Energy注入了9000万美元的资金,其中包括上汽集团(总部位于上海的中国最大的汽车制造商)和天齐锂业(全球最大的锂生产商之一,原料来自于矿石)。Solid Energy的其他投资商还包括:通用汽车和SK。如此众多的大公司一再出现在电池行业的现象凸显了业界寻求技术突破的迫切心态。在SK的韩国园区,也就是策略师黄在尹不愿向我展示的研发楼,黄在尹称他们在专注于改善阴极,并在降低隔板厚度的同时确保其安全性。SK感受到了竞争的热浪,这也是公司为什么会通过支持Solid Energy来为自身赌注加固的原因。黄在尹称,“如果所有的技术都由自己来研发,会存在一定的风险。”全球最大的汽车制造商之一的大众也同意这一观点。这也是为什么公司去年宣布向另一家硅谷电池初创企业QuantumScape投资1亿美元的原因。这笔投资也扩大了大众与SK和其他大型电池制造商的合约。作为其绿色重构的一部分,大众称到2030年,公司销售的40%的汽车都是电动汽车。大众的采购负责人史蒂芬·索莫表示,“我们现在就必须做出决定,选谁以及在哪里选择合作伙伴,从而确保大量的电池供应能力。这是在短时间内获取如此大量供应能力的唯一方法。”而这一举措也凸显了电池竞赛的混乱局面及其重要性。尽管各国政府为主导电池产业,保护其国家安全而承诺不断增加国家在这一方面的资金投入,然而事实上,电池行业是一个不断全球化的网络。越来越多的电池公司都拥有来自于不同国家的知识产权、投资者和供应商,其客户更是如此。这些公司的国别,到底是美国、中国还是其他国家,正在变得越来越模糊。从众多方面来看,电池竞赛似乎不大可能按照既定的模式发展。对于消费者和地球来说,这可能是一件非常好的事情。对于决策者、投资者以及化石燃料时代的企业巨头来说,这也大大增加了它们掌控竞赛的难度。(财富中文网)本文另一版本登载于《财富》杂志2019年6月刊,标题为《制造更好电池的竞赛》分割线信息来源:《财富》杂志

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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氢燃料电池与三元锂电池谁更安全?

今年可以说是电动汽车安全元年,过去无论是厂商还是购买电动车的用户,从来只关心性能和续航里程,没人关心过电池安全,直到特斯拉曝出自燃事件后大家才开始越发关注电动车的安全问题。这也让很多过去不为人知、厂商避而不谈的、三元锂电池的性能缺陷逐渐浮出水面,让人们逐渐意识到磷酸铁锂的好处。如果拿三元锂跟磷酸铁锂对比相信很多人很快就能知道磷酸铁锂正安全性方面的性能是要优于三元锂电池的,但是如果拿三元锂与氢燃料电池对比,谁更安全呢?过去人们总是谈氢色变,觉得氢是一种比汽油还要危险得多的能量储备方式。事实果真如此吗?氢燃料电池的工作原理是怎样的?它的安全性是怎么设计的?与三元锂相比谁更安全?本期来为大家解读■氢燃料电池动力系统的核心技术:储氢罐+燃料电池反应堆正如电动车当中的电池包一样,储氢罐是用来存储氢气的设备,燃料电池反应堆是用来把氢气和氧气转化成电能和水的设备。这两者加在一起,就构成了相当于电动汽车的电池包,能够持续为电机和整车电器设备提供电力。氢燃料电池的好处显而易见,电力转换效率极高,而且过程中十分安静,也不会需要大量散热。这就是为什么丰田Mirai仅仅携带 5kg 氢气就能续航700公里+的原因。极大的能量密度和极高的能量转换效率,是氢燃料电池最大的特点。燃料电池反应堆的核心技术是质子交换膜以及催化剂,这些技术目前主要被欧美大公司所垄断,在中国并没有形成太大规模的产业化。所以反应堆被列为核心技术就很容易理解了,那么储气罐为什么也是核心技术呢?■ 密封和耐久性能的好坏,决定了储气罐的性能就如同一个大国的装备制造水平一样,在工业和民用领域,密封材料的性能也是衡量一个大国制造业水平的重要依据。欧美很多国家对于高性能密封材料的配方和制造工艺是绝对保密的。这就是为什么在传统汽车领域,那些顶级性能的刹车系统和汽油柴油直喷发动机的燃油共轨系统都来自于欧美供应商,因为它们的核心技术就是密封技术。▲氢燃料电池储气罐的结构对于氢燃料电池车也是这样,要想提高续航里程就需要多谢带氢气,而能够储存氢气的压力容器对于压力的承受力,就是能够携带氢气多少的关键。正因为氢气的密度很小,所以必须经过压缩甚至是低温液化后,储存在压力容器当中才能获得足够的能量密度,容器可承受的压力越大,单位体积内携带的氢气就越多。而容器可承受压力越大,也意味着对密封性能和抗压性能的要求越高。丰田Mirai在氢气储存方面的性能是世界领先的,并且车型已经量产,即便这样,携带5kg的氢气仍然需要两个很大的储气罐,因此占据了车内后部的很多空间,使得整车在造型上有别于传统电动车,车尾高度相对较高。▲如此巨大的储氢罐占用了大量空间,并且仅能储存5kg氢气■ 储氢罐对于安全性的设计有哪些?与三元锂电池相比谁更安全?在整个燃料电池车运作的过程中,燃料电池反应堆是一个化学反应的场所。它只需要源源不断的供给少量氢气就可以持续工作,如果发生氢气泄漏或者安全事故,可以迅速切断供应氢气的路径来防止氢气的燃烧。大家都能想到,最有可能影响燃料电池车安全性的是储气罐。所以在设计储气罐时必须充分考虑安全碰撞问题:一方面储气罐的壳体材料需要够轻,另一方面需要有足够的强度用于耐受撞击。因此,储氢罐一般都是以成本高昂的碳纤维及其它复合材料组合而成。但是,我们知道,不管用多么坚固的材料制造储气罐壳体,也只是在一定的速度条件下,能保障碰撞的安全性。然而实际道路行驶时的速度,肯定要远高于实验室做安全碰撞的速度,那么一旦储氢罐破裂,造成氢气泄漏与空气混合在一起是不是就会马上发生爆炸呢?事实上,在储氢的设计中都考虑到了这一点。正因为储氢罐内部的氢气压力很大,所以在储气罐上设计有紧急泄压阀,一旦发生氢气泄漏或着火,紧急泄压阀会自动打开并迅速释放储气罐内的氢气。我们知道氢气的密度比空气小得多,并且必须与氧气结合才能产生燃烧或者爆炸,被高压释放的氢气在靠近储气罐的部分由于压力高流速极快,没有什么机会与氧气接触,而远离储气罐的氢气由于其密度小的特点,又会迅速的在空气中上升。即便这个时候空气当中有明火能够满足引燃条件,那么也仅仅只是在空气上空形成一个火球,并不会对人员造成伤亡。这种高速释放氢气的技术也同样被应用在加氢站的大型储气罐之中。▲氢燃料电池汽车的核心科技与三元锂电池相比,氢气储存过程当中的安全性应该是更高的,因为可以通过隔绝氧气,或者迅速释放的方式,让危险的氢气迅速逃离人群,某种意义上来讲甚至比液态的汽油更安全。而三元锂电池会随着时间的推移电池的老化,有可能在内部发生短路的现象,或者因外力的撞击导致内部的短路自燃。最可怕的是,无论是由内而外引发的自燃还是由外而内导致的燃烧,过程中都会释放大量氧气,这就意味着即便与空气隔绝,电池也会越烧越旺。■ 氢能源与三元锂电池的发展前景在中国,三元锂电池最大的优势,就是在近几年国家政策的倾斜鼓励下产能得到了极大的发展,可以说中国公司是掌握其核心技术的,并且一跃成为了全球最大的锂电池生产国,成本得到了极大的降低,已经完全形成了规模产业。而氢燃料电池技术,无论是反应堆催化剂的工艺配方,还是储气罐的核心技术,中国都没有形成规模产业,所以成本极高。但是中国却又非常具备发展氢能源的产业条件,每年国内石化行业产生的氢气副产品足够用于车辆使用,氢气获得成本比较低,而且不需要依赖电解水这种高耗能的方式获得氢气,这为大规模发展燃料电池汽车奠定了良好的基础。

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十年后固态电池将促进电动汽车普及

今年以来,国内蔚来、特斯拉等知名品牌电动汽车安全事故频发。6月17日,工信部发布《关于开展新能源汽车安全隐患排查工作的通知》(以下简称《通知》),《通知》表示,对发生起火燃烧事故的车辆,企业应及时开展事故调查;对隐瞒不报或不配合开展事故调查的行为将予以处罚;确实存在产品缺陷的,生产企业应当主动向主管部门备案召回。6月18日本报报道的《电动汽车安全调查(上)》,聚焦动力电池安全问题和社会各界的思考。在《电动汽车安全调查(下)》中,广州日报全媒体记者专访了中国电池工业协会副理事长、中国科学院物理研究所研究员、博士生导师黄学杰,听他详细解释了关于电动汽车电池的安全与未来。6月17日,广东省重点布局的首批4家省实验室之一松山湖材料实验室在东莞动工,目前该实验室正重点推进锂离子电池新材料研究和中试,这一项目未来将使汽车动力电池的续航能力提升40%、成本下降30%。松山湖材料实验室副主任、实验室产业化委员会主任黄学杰也担任该锂离子电池新材料研究和中试线建设项目负责人。哪些情况会引发电动汽车自燃?记者:请问有哪些原因会引发新能源电动车突发自燃?黄学杰:虽然线路老化、破损和车内放置易燃物品会容易引起短路和触发自燃,但电动汽车自燃的主要原因是因为电池热失控转为热蔓延造成。电池里有正负极、电解液和隔膜,可燃材料很多。触发电池自燃的原因包括外部短路或内部短路。有了外伤,比如碰撞导致电池包损坏或者电池包之外的线路短路等;电池制造缺陷引起的内部短路,车子充电时暂时好像没有问题,但内部已经出现了微短路,一段时间之后可能就会烧起来;电池过充电时,导致温度加速上升引发热失控自燃。还有一种情况是电池管理系统出现问题导致电池过热,隔膜融化导致电池内部短路,进而引发电芯热失控。国家是按照电动汽车的续航里程和电池包比能量来划分补贴,也会导致一些厂商基于补贴利益考虑以及提升自身品牌的宣传力度而忽视了电池包的安全因素,为了提高电池的能量密度安全设计冗余不足,安全隐患也在增加。电池是否使用时间越长越危险?记者:我发现近期自燃事件有一些共同点,首先都不是新车,都属于旧款且经过了一定里程的使用。能否理解为动力电池使用时间越长越危险?黄学杰:电动汽车产业还需要更好的电池,大家还在努力中;但在这之前,只能选择一种至少可以让汽车运行的电池,这是个妥协之举。有时电池随着使用时间安全性会降低,是使用过程中出现了低烈度过热、过充电问题或者出现机械损伤和电路故障的情况。哪一种充电模式比较安全?记者:目前电动车充电,普遍存在快充、慢充和换电池等三种模式,目前比较主流和安全的充电模式是哪种?黄学杰:电动车快充、慢充接口对应直流、交流接口。一般情况下,应尽量使用慢充,只有在紧急需要时,才使用快充方式。因为快充对于电池的要求非常高,大电流充电会导致电池组温度升高,电池衰减也会快一些。电动汽车换电模式是指通过集中型充电站对大量电池集中存储、集中充电、统一配送,对电动汽车提供电池更换服务,此模式可以解决充电时间过长的问题。但现阶段尚处于发展初期,投资大,运营费用高,与换电模式相配套的标准体系尚未建立,就目前的技术水平和相关法律、商业模式配套而言,还不足以支撑该模式的大规模应用。电动车电池广泛使用会加剧环境污染吗?记者:国内外电动车目前使用的主要是哪几种不同技术类别的锂电池?回收环节存在哪些问题?黄学杰:电池制造过程中不可避免产生了碳排放,而且能源供应不完善,但电动车目前的污染水平低于内燃机。在电池生产方面,人们已经有了一些经验,从源头到生产都能控制污染,提高环保水平。但电池有使用寿命,到了报废的时候,电池中很多化学物质需要处理,对于废弃电池的处理才刚刚起步。这个问题肯定需要解决,这是生产者的责任之一。需要提升电池的循环寿命实现梯级利用,发展更高效的拆解回收技术,通过循环利用减少对新材料的开采需求,提升环境效益。我国的电动车电池制造技术如何?记者:我国的电动车电池制造技术如何?黄学杰:国外主流动力电池企业和国内部分技术领先企业得益于自动化生产技术、工艺装备和质量控制水平,特别是自动化控制技术、智能化无人制造工厂等能够保证制造出高品质高水平的动力电池产品。但是我国还有不少锂离子电池企业的生产过程还处于单机自动化和局部信息共享的阶段,制约了产品质量的进一步提升。近年来,我国在动力电池生产制造技术及装备方面有了长足的进步,基本掌握了动力电池装备的核心技术,单机自动化方面取得了较好的进展,极片生产和化成设备方面缩小了与国际先进水平的差距,在卷绕变形控制、无偏差组装、激光切割及焊接等某些单项技术方面具备了国际领先的水平,少数企业开始自动化生产线的设计。电池有辐射吗?记者:动力电池是否存在辐射等安全隐患?黄学杰:不会,电池不存在辐射问题。记者:石墨烯、黑磷这些新材料用来制作电极,会对电池技术产生重大的变革吗?黄学杰:新型的电极材料有很多人在研究,石墨烯有用在正极里作为导电添加剂材料,一般添加量低于百分之一,黑磷等也作为负极材料有人研究,但未见到应用的可能性。而氢燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能,可满足特定车型和特定场景的应用要求,将对电动车动力形成有效的补充。电池是电动汽车的动力源泉,也是一直制约电动汽车发展的关键因素。如今电动汽车的续航,不管是动力电池的能量密度还是充电技术,在这几年都得到了很大的发展。相信,随着规模化效应之后,三电技术和成本都会有一个质的飞跃。至2030年,比能量倍增的固态电池将会商业化,电动汽车的普及将会更加顺畅。自燃事故给电动车行业带来哪些警示?记者:自燃事故给电动车行业带来哪些警示?黄学杰:与传统燃油车相比,电动汽车的成熟程度还不够,市场化过程目前还面临一些瓶颈,动力电池是电动汽车关键核心部件之一,我们应紧紧依靠先进技术来破解电池成本高、安全可靠性不足和使用不便捷的问题。安全性不仅仅是业内来努力开发安全性高的电池与系统产品,还要通过远程运行数据监控、充电监控及保养服务等提升电动汽车使用的可靠性与安全性,避免由于维护、改进不及时或滥用情况而出现安全性与可靠性事故。

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锂电池环保“短板”待补齐

锂作为能源储存的关键组成元素,在近年来电动汽车产业和电池储能技术发展日益成熟的背景下,需求猛增,产量也日益扩大。虽然动力电池产业逐步走上正轨带来了更多积极意义,但同时也面临着环保难题:锂资源在开采利用过程中如果处理不当,会对生态环境造成不良影响。那么,这一问题是否会反过来制约锂电池的发展?锂资源行情走高锂离子电池作为全球清洁能源的重要组成部分,近年来正被越来越多的企业用于生产电动汽车。凯恩能源研究顾问公司曾分析,锂离子行业的年产量预计将从2017年的100兆瓦时增长到2027年的近800兆瓦时。日前,另有外媒预测,到2025年锂的需求量预计将增加到130万公吨,将是目前水平的5倍有余。而在国内,记者了解到,2018年我国锂电池总出货量为102GWh,同比增长27%,其中动力电池出货量占比63.7%,占比持续上升中。“从发展态势看,目前锂电池成为电化学储能的主要增长点,占据化学储能规模75%。一方面,在新能源汽车高速发展的带动下,锂电池材料及系统技术迅速升级;另一方面,磷酸铁锂电池成本的快速下降也为锂电池在储能市场的大规模商用提供可能。”高工产研锂电研究所近日发布的调研报告显示,储能市场规模化应用锂电池已呈不可逆之势,预计未来1-2年,在国家政策指引以及锂电池储能成本进一步下滑的推动下,储能市场,尤其是电网侧储将能将迎来高速增长。开采与回收均易造成环境污染然而,锂电池产业的行情走高,并不能掩盖利用锂资源所带来的弊端。就开采而言,无论是卤水开采还是硬岩开采都会在不同程度上对环境造成破坏。据了解,我国锂资源的卤水开采比例在70%以上,是我国开采锂资源的最主要手段。这是一种通过在盐碱地表钻孔,将富含矿物质的盐水泵出地表,然后使矿物质水反复蒸滤得出固体,最后从混合物中提取出碳酸锂的方法。该法不仅对水资源消耗巨大,在蒸滤过程中产生的带毒物质也极易对水域、土地造成恶劣影响。另一方面,位于产业链下游的锂电池回收也容易因为处理不当而污染环境。据相关资料显示,废旧动力锂电池中含有大量的锰、钴、镍等重金属元素,同时在其电解液中也包含有六氟磷酸锂等高毒性物质,以及其它易挥发性有机物,这些物质如果得不到妥善处置,不仅会造成资源的浪费,还会对环境造成巨大污染。“废旧动力锂电池并不是完全没有了‘能量’,它依然含有300V到1000V不等的高压,如果在回收、拆解、处理过程中操作不当,可能带来起火爆炸、重金属污染、有机物废气排放等多种问题。”中国科学院过程工程研究所研究员曹宏斌表示。降低污染需创新技术有报告指出,电动汽车的规模化越高,电池的产量越大,该行业的经济性就越强,生产的过程也将向更高效、污染更少的方向发展。对此,致力于研发突破性开采锂技术的能源勘探技术公司表示,为满足电动汽车日益增长的锂需求,希望可以通过新技术来提升卤水的开采度,甚至包括以前无法开采的低浓度卤水资源。“我们的目标是开发出快速、低成本、回收率高、对环境影响最小的锂萃取分离膜。” 该公司首席执行官蒂格·伊根介绍,该公司的金属有机骨架膜可以通过优化提取工艺来提高产量,从而大幅降低锂的生产价格。“这可以显著提高产量,同时生产商及其客户也能得到更高的经济效益。”除了提升采锂技术外,还有不少初创企业正在寻求电池存储技术上的突破,他们企图找到一种更高效、成本更低的“新型”电池,以取代或弥补锂离子电池的缺点。其中一个名为“突破性能源投资”的项目,由比尔·盖茨等多位亿万富翁资助,旨在为零碳未来找到解决方案。“能源储存显然是低碳未来中不可或缺的一部分,我们需要新技术来最大限度地利用我们有限的锂资源。”一位不愿具名的业内人士认为,无论是提高锂资源的开采技术还是电池回收技术,或是进一步完善电池回收地产业链,都对环境的改善有巨大好处。“此外,对矿业公司使用责任制也有利于促进更安全的行业标准诞生,能够有效减少环境污染。”

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铅蓄电池行业环保监管持续收紧

一则来自国家工信部的“撤销公示”,近日在铅蓄电池行业引发震荡。工信部消费品工业司称,审查发现包括长兴天都电源有限公司、安徽新能电源科技有限公司在内的七家企业,由于不再符合《铅蓄电池行业规范公告管理办法(2015年本)》要求,拟被撤销相关资格。这是自2015年发布准入门槛以来,首次有企业从规范名单中“被除名”。而就在上述公示发布前不久,生态环境部也开始关注这一领域。生态环境部固体废物与化学品司司长邱启文明确表示,“把废铅蓄电池污染治理作为污染防治攻坚战的重要内容”,下一步将建立污染防治长效机制,推动铅蓄电池行业绿色高质量发展。行动接二连三,铅蓄电池行业的环保监管正在趋严。不过,记者同时了解到,因大量非法渠道长期存在,特别是回收、再生等后处理环节极不规范,其治理并非易事。如何真正建立全生命周期的污染防治链条,成为行业发展的关键。后处理环节成污染“重灾区”七成电池经非法渠道回收作为化学电源中市场份额最大、使用范围最广的电池产品,铅蓄电池广泛应用于电力、储能、电动车等领域。特别是技术成熟、成本低廉等优点,决定其在短期内很难被其他电池产品所取代。邱启文介绍,我国已成为世界最大的铅蓄电池生产国和消费国。2017年,全国铅蓄电池产量约380万吨,超过全球总产量的40%。然而,一边是较大的市场价值,一边却也带来高环境风险。多位业内人士指出,目前在后端的回收、再生等处理环节,污染形势严峻。此前在接受记者采访时,天能集团董事局主席张天任就坦言,通过2011-2012年大规模治理,我国铅蓄电池企业数量由原来近2000家锐减至300家左右,行业集中度大幅提高。但由于回收体制混乱,与非法冶炼共同形成“地下产业链”,污染防治的重点也从生产转移到回收、再生环节,后者也因此成为目前铅蓄电池全生命周期污染防治的最薄弱之处。“我国每年约有1.98亿只、重量超过500万吨的铅蓄电池报废,由正规渠道回收、规范冶炼的比重仅为三成。”张天任表示,一些小商小贩看中铅蓄电池存留的废铅残值,经违规收购、简单破碎后,剩下较难回收的电解液部分却直接倒入土壤或排水系统,铅板出售给无资质的小作坊、小冶炼厂。“因缺乏专业环保设施,小厂随便支一口锅就可冶炼,在污染大气、地下水及土壤的同时,危害人体健康。据不完全统计,我国每年因违规回收直接倾倒的含铅废酸就超过30万吨。”以京津冀地区为例,工信部赛迪研究院调查发现,每年产生的60多万吨废铅蓄电池,回收竟有80%左右掌握在非法个体社会源渠道,正规回收量非常小。“各地都长期在打击非法回收、倒卖等行为。却屡禁难止。”该院消费品工业研究所副所长代晓霞告诉记者。主客观因素共同导致非法处理者铤而走险污染行为难以根治,症结出在哪儿?首先是利益驱使。邱启文指出,少数企业高价收购“倒酸”电池,诱使一些收集者非法拆解倾倒酸液,再加上废铅蓄电池非法再生工艺简单、流动性强,污染极易死灰复燃。在此影响下,行业甚至频现“劣币驱逐良币”的怪象,进一步导致非法企业铤而走险。张天任证实,为规范后处理环节,国家早已提出“生产者责任延伸制”,不仅鼓励铅蓄电池生产企业回收废旧电池,还将该制度连同废铅蓄电池收集许可制等一并纳入法律调整范畴。然而,非法渠道长期存在偷税漏税、抬高回收价格等行为,不仅搅乱市场秩序,还让有能力履行生产者责任延伸的规范企业饱受排挤,也因此失去应有作用。“目前,全国有资质、上规模、专业化的废铅蓄电池回收处置企业不到30家,这些正规企业却普遍‘吃不饱’。骨干电池制造企业收不到或亏本收购,大型再生铅冶炼企业开工率不足五成,‘正规军’干不过‘散兵游勇’。”张天任称。在代晓霞看来,这其中也有政策的不完善之处——税负正是其一。“按照规定,正规回收企业增值税税负为16%,正规再生铅企业增值税税负约为11%,而目前国内一般工业企业的平均水平是在2-4%。此外,正规企业还需缴纳消费税、所得税、城建税等附加费用。非法渠道相当于免去上述成本,在完全竞争的市场环境中,正规企业反而没了竞争优势。”此外,正规企业还面临一些操作层面的难题,无形中加重经营压力。张天任举例,由于废铅蓄电池属危废范畴,从事回收业务的企业首先要有《危险废物综合经营许可证》,同时需在每个地级市新建一个规范化回收公司,尤其对收贮仓库的防渗、防腐等建设改造要求很高。“从项目立项、环评,到公示、评审、报批,再到办好危险废物经营许可资质,按常规流程要大半年时间,手续复杂、耗时较长。”构建闭环体系将生产者责任延伸制度落到实处“在所有废物资源中,废弃铅蓄电池的回收可利用率最高。非法渠道污染严重、回收量偏低,浪费了宝贵的矿产资源。”张天任进一步分析危害,呼吁坚决取缔未经环保审批擅自建设的小再生铅炼厂,对造成环境污染的责任人,采取重罚并追究连带责任。而要真正落实生产者责任延伸制度、构建“生产-消费-回收-再生”的闭环体系,张天任认为,相应的扶持政策目前不可缺少。“在废铅蓄电池污染源未根除的情况下,对生产企业征收消费税,把治污重拳打在铅蓄电池供给侧是不公平的。”代晓霞建议,以京津冀地区为试点,不妨在增值税、所得税等方面,尝试对废铅酸电池回收利用采取相应的税收优惠政策。“比如在回收环节,考虑对废铅酸蓄电池回收企业采取固定低税率扶持政策,按简易办法以3%征收增值税。再如,可进一步细化和完善消费税政策。根据生产者责任延伸制的落实情况,对已利用自身电池销售网络建立逆向回收体系且达到一定回收量的生产企业,考虑实行消费税‘即征即免’,或者按回收电池数量,减免同等新电池销售数量的消费税。邱启文告诉记者,生态环境部也已加大监管力度。一方面,建立健全相关法规制度,推动修订《固体废物污染环境防治法》《危险废物经营许可证管理办法》等法律法规,进一步明确生产者责任延伸制度、完善废铅蓄电池收集经营许可和简化跨省转移审批等内容。另一方面,在印发《废铅蓄电池污染防治行动方案》的基础上,开展铅蓄电池生产企业集中收集和跨区域转运制度试点工作。

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湖北推进铅蓄电池回收试点工作

湖北省铅蓄电池回收试点工作启动仪式近日在湖北省襄阳市举行。同期,由骆驼集团牵头、联合产业链上下游,多家单位共同成立湖北省蓄电池环保产业联盟。启动仪式上,湖北省固体废物与化学品污染防治中心主任黄晓明表示,根据国家确定的时间表,到2020年生产企业废铅蓄电池规范收集率达到40%,到2025年达到70%,产业联盟试点企业承担着产业规范发展和试点示范工作的重要使命。通过科学的合作机制和运营模式,积极推进产业高质量发展和污染防治水平提高,努力形成湖北试点示范品牌。“骆驼集团作为国内铅蓄电池制造能力最大、湖北省内再生铅生产能力龙头企业,要发挥先锋示范作用,通过‘销一收一’模式,按照省厅试点工作要求建立规范的回收利用体系,提高铅蓄电池全生命周期管控水平,把生产者责任延伸制度落到实处。”黄晓明透露,湖北省生态环境厅将联合省发改委、经信厅等部门,在政策引导、市场监管等方面进一步聚焦发力,推进铅蓄电池回收试点信息化平台建设,为企业开展试点工作搭建平台、提供高效服务。记者了解到,2019年1月,生态环境部联合八部委出台了《废铅蓄电池污染防治行动方案》,随后又联合交通运输部于1月底出台了《铅蓄电池生产企业集中收集和跨区域转运制度试点工作方案》。这两个政策的出台,打通了废铅蓄电池回收的政策通道,并将为铅蓄电池生产企业建立规范有序的废铅蓄电池收集处理体系、促进废铅蓄电池回收工作开展提供强有力的支持。为做好湖北省废铅蓄电池回收试点工作,骆驼集团具体承办了本次活动,试点工作的启动旨在推动铅蓄电池生产企业落实生产者责任延伸制度,加强废铅蓄电池污染防治。

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铅蓄电池、锂电池与氢燃料电池,谁将优胜谁被劣汰?

近年来铅酸电池行业在进行了一系列的改革整治,行业洗牌加速的同时,锂电池和氢能源电池异军突起,已经开始蚕食铅蓄电池的市场份额。本文主要从铅蓄电池产业地位与发展趋势、面临挑战以及回收过程存在的问题入手,同时介绍锂电池和氢能源电池的现状,加之铅蓄电池、锂电池和氢能源电池的优劣势比较,以及对未来发展前景进行了全面分析。文|上海有色网一、铅蓄电池(一)铅蓄电池产业地位与发展趋势中国是全球最大的铅酸蓄电池生产国和铅酸蓄电池消耗国。根据全球铅酸电池产能来看,中国铅酸电池的产量在全球铅酸电池的产量中占比45%,占比最高;美国铅酸电池的产量紧随其后,占比为32%,日本铅酸电池的产量在全球中的占比不到我国铅酸电池占比的三分之一,为13%。全铅酸电池产能区域分布我国铅酸电池的产量在全球占比较多的原因是,近年来,我国通过引进欧美日韩等国家在我国投资建厂,并吸纳、消化国外技术,使我国铅酸电池的的制造技术已经接近了国际先进水平。数据显示,2010-2017年,全球铅酸蓄电池市场规模稳步增长。2013年,全球铅酸蓄电池市场规模首次突破400亿美元,此后均保持在400亿美元以上。2017年,全球铅酸蓄电池市场规模约为429亿美元,同比增长0.70%。据统计,2015年铅酸蓄电池占电池市场一半以上份额约为54.67%。从全球范围来看,2015年铅酸蓄电池市场规模为422亿美元,这一市场规模仍将保持2%-5%的年增长率,预计2018-2023年,铅酸蓄电池市场规模难有大幅度上涨,但仍将维持在400亿美元水平上。“十一五”期间,铅蓄电池市场规模迅速扩大,每年产量平均以约20%的增速上升。据SMM统计,截止2018年底,铅蓄电池行业产能已超出4亿KVAh。在未来的几年里,铅酸蓄电池行业仍将在国民经济中占据重要地位。铅蓄电池销售收入在整个电池行业中所占比例较大,尽管在储能领域被锂离子电池部分替代,但难以动摇铅蓄电池的市场地位。据统计,铅约占铅蓄电池总成本的70%。市场上60V20AH的铅蓄电池重量一般是在35kg左右,铅酸电池的含铅量一般在65%左右,也就是有22.75kg的铅,即铅蓄电池平均每度电需要消耗18.96kg的铅。结合铅蓄电池的市场占比过半并仍有缓慢增长之势,短暂来看铅蓄电池对于金属铅的需求仍是值得期待的。(二)铅酸蓄电池发展的重要政策支持2012年7月1日,《铅蓄电池行业准入条件》正式实施以来,铅酸蓄电池行业在加快淘汰落后产能、提高产业集中度、促进转型升级和绿色发展方面,取得了显著成绩。纵观整个铅酸蓄电池市场,从竞争数量、退出壁垒、同质化程度,以及竞争层次来看,铅酸蓄电池行业处于成熟阶段。今年上半年,国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会正式批准发布国家标准《废铅酸蓄电池回收技术规范》,同时也结束了我国废铅酸蓄电池回收行业多年来无“法”可循的窘境。该标准规定了社会流通领域废铅酸蓄电池的收集、贮存、运输、转移过程的处理方法及管理措施,并将于2019年10月1日起正式实施。(三)铅蓄电池面临重重挑战1、电动自行车新国标的冲击:2018年5月15日,根据国家标准管理程序,工业和信息化部组织修订的《电动自行车安全技术规范》强制性国家标准(GB 17761-2018),由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会《中华人民共和国国家标准公告(2018年第7号)》批准发布,自2019年4月15日正式实施。新国标严格限定了电动自行车的整车重量,对于铅酸电池来说,电池自重偏大(或者说能量密度过低)无法在现有的技术框架下获得突破,那么如果新国标车型想要沿用铅酸电池,只能以牺牲续航为代价。以48V12Ah铅酸电池为例,通常该规格电池的重量在16Kg以上,这意味着整车不含电池重量要控制在38Kg以下,并且整车的尺寸还不能超过标准,这对于车辆设计提出了极大挑战。据SMM调研了解,自去年初,电动自行车新国标草案出台,铅蓄电池企业陆续就新国标,开始对铅酸蓄电池开展“轻量化”技改。其中,少数企业已于5-6月完成技改试验,并于7月份随《电动助力车用阀控式铅酸蓄电池》(GB/T22199-2017)实施,正式向市场批量销售“减重”后的电池。另据铅蓄电池生产企业反映,完成电池“减重”技改后,当月原材料中用铅量较技改前下降约5%。2、新能源汽车崛起令铅蓄电池前路渺茫?铅酸蓄电池也是目前世界上产量最大、用途最广的一种电池,但自2015年新能源汽车产业爆发之后,铅酸蓄电池的地位就受到了挑战。有报道指出,自2015年以来,国内铅酸蓄电池产出已开始呈现小幅下滑态势。主要因为以传统的铅酸蓄电池为动力的电动自行车行业发展已达到饱和阶段,对国内铅酸蓄电池的应用推动有所放缓。随着新能源汽车电池部分对传统汽车铅酸蓄电池的逐渐替代,尤其是2020年及以后,其替代影响和冲击将进一步攀升。因此国内铅酸蓄电池产销有不断收缩可能,后期整体国内铅酸蓄电池行业的发展或将处于相对被动的格局中。与此同时,2016年1月1日起对铅蓄电池征收消费税、锂离子电池免征消费税、《促进汽车动力电池产业发展行动方案》、《汽车动力电池行业规范条件》、新能源汽车免征车辆购置税等政策法规也在不断促进新能源汽车发展。二、锂电池(一)锂电池产业现状由于我国对环保事业的重视,从近几年我国的新能源汽车销量情况来看,市场对新能源汽车的需求上升较快。其中,2018年新能源汽车产销分别完成127万辆和126万辆,同比增长59.9%和61.7%。其中纯电动汽车产销分别完成98.6万辆和98.4万辆,同比增长48%和50.9%;插电式混合动力汽车产销分别完成28.4万辆和27.2万辆,同比增长121.9%和117.6%。目前,国内新能源汽车仍然在采用磷酸铁锂和三元锂电池,车型续航里程基本上都能够达到300公里,我国动力电池产业快速发展,推动各环节技术水平快速提升。电芯有望实现三元NCM811电池的量产应用,产品单体能量密度达到260Wh/kg,系统能量密度达到180 Wh/kg。从全球各个国家来看,主要车企厂商配备的还是日韩动力电池,以三元锂电池为主续航里程基本可以达到350公里。目前我国锂电池行业存在部分中小企业,规模小,技术水平低,生产的锂电池产品较为低端。企业生产锂电池购买原料成本过高,给企业带来的生产经营成本相对较高。锂电池在某些特定情况下会发生燃烧、爆炸等情况,比如使用不当,极端环境中都有可能发生危险,考虑到技术方面的不足,有些时候也成了限制锂电池发展的缺点。锂电池成为汽车的动力存储来源,在中国不断加码环保事业之后,中国的新能源车的发展进程将不断加快,对于锂电池的发展也是会有巨大的推动左右。(二)锂矿供应现状锂电池的生产原料主要来自于锂矿,锂矿的供应制约着锂电池的发展,同时决定了锂电池的未来。中国已探明锂资源量为450万吨。中国锂矿资源的分布集中在四川、江西、青海和西藏。2018年海外锂矿产量中,67%是来自于锂辉石矿山,而这些锂辉石矿几乎全部来源于澳大利亚。而剩下的盐湖产量均来自于南美。(三)锂电池政策扶持逐渐退坡2019年3月26日,财政部、工业和信息化部、科技部和发展改革委四部委联合发布了《关于进一步完善新能源汽 车推广应用财政补贴政策的通知》。重点内容包括:1、国补力度大幅退坡,补贴基数综合下降程度超50%;2、2019年3月26日至2019年6月25日 为过渡期,期间按2018年补贴的0.1倍和0.6倍进行补贴;3、过渡期后地补取消,转为支持充电等配套设施;4、电池技术要求更高,但补贴系数下修。随着补贴退坡幅度加大,动力电池环节面或临进一步降价压力。(四)锂电池的机遇与挑战机遇一:低碳环保,全球汽车电气化浪潮不可遏制和逆转在低碳环保、能源安全及产业扶植等因素的驱动下,全球电动汽车市场发展迅速,截止2017年底保有量超过340万,市场份额突破1%,年均复合增长率达58%。汽车电动化趋势不可逆转,产业格局加速形成;预计2025年新能源汽车全球销量将突破1800万辆;中国新能源汽车销量将突破700万。机遇二:政策持续明确,发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路新能源汽车已上升为国家战略;产业政策双积分将代替补贴成为行业长期发展的管理基础;2025年新能源整体市场占比将达到20%。机遇三:产业和价值重构,将催生新的汽车业态和伟大企业技术重构:关键核心技术将逐渐从整车延展到关键子系统和零部件。服务重构:从产品提供者演变为产品+服务+出行方案提供者,用户接口成为关键。价值重构:核心价值点将由整车向关键系统、部件以及上下游转移。竞争重构:产业竞争将由产品竞争演变为产业平台竞争。一大批造型新势力涌入新能源汽车产业,截止2017年底,中国新能源汽车企业数量已达到314家,超过200家造车新势力入局。挑战一:使用新能源汽车的信心,影响着新能源汽车的市场对于电池技术、充电不便、价格及续驶里程的焦虑,仍然是制约大部分消费者选择新能源汽车的主要因素。挑战二:充电体系建设还不能满足消费者需求,分布还不均衡快充体系建设不够,分布不均衡;中国城市居民多为公寓式住宅,小区停车位配置比例低于1:1,老旧小区缺乏停车位配置;充电桩安装需城建、电力、物业等多部门交叉管理,自行安装困难。挑战三:商业模式创新不断涌现,但仍不成熟新的商业模式仍处于探索期,需要较长时间的实践,最终找到可持续发展的盈利模式。短期内会对企业经营造成一定的干扰;如网约车领域亏损期超过三年,分时租赁领域亏损期超过四年。三、氢能源电池(一)氢能源电池产业地位和发展趋势氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,人类对氢能应用自200年前就产生了兴趣,到20世纪70年代以来,世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能研究。近年来,我国正在加快发展氢能产业,利好政策相继推出,氢能产业得到政策的支撑前景广阔。随着我国氢能产业加速发展,氢能的应用越来越广泛。在此背景下,氢 气产量持续增长。据预测,2019年我国氢 气产量将近2000万吨,到2020年将超2000万吨。我国在发展氢能产业方面的重要优势之一就是拥有丰富的氢源基础。利用我国丰富的煤资源与可再生资源制氢,具有经济可行性,并且完全可以支撑我国未来很长一段时间对于发展氢能的愿景。当前国内煤气化制氢1000万吨,天然气制氢300万吨以上,石油制氢300万吨,工业副产气约800万吨,电解水制氢约100万吨。煤制氢不仅成本低,而且目前国内的制氢规模非常大。据估算,仅国家能源集团每年制氢能力就可以驱动4000万辆小轿车。电解水制氢与煤制氢是未来中远期的主要制氢技术路线。2017年我国开始大力发展氢能产业,公开数据显示,目前已建及在建的加氢站达45座。预计到2025年,全国加氢站总数将达到300座。各地运营的氢燃料电池车已突破百辆级别。在辽宁新宾有50辆燃料电池车陆续运营,河北张家口有70辆燃料电池车,上海有100辆燃料电池车陆续运营,广东佛山有35辆燃料电池车。在“2018年中国(海口)氢能源及燃料电池产业高峰论坛”上,国内的四家企业签署了《200吨级以上氢能重载矿用卡车研发合作框架协议》,这标志着继客运、公交专线之后,我国氢能和燃料电池产业在交通领域的突破又迈出了新的步伐。(二)国家对于氢能源电池的政策支持《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》则进一步描出了中国氢能的发展路线图:到2020年,中国燃料电池车辆要达到10000辆、加氢站数量达到100座,行业总产值达到3000亿元;到2030年,燃料电池车辆保有量要“撞线”200万,加氢站数量达到1000座,产业产值将突破一万亿元。氢能写入政府工作报告向外界释放出了积极信号,为我国氢能的未来发展照亮了一束光。目前,产业链扶持政策在各地延伸以及企业转型升级竞相布局。除了加氢站,地方政府对整个氢能产业链的扶持也正在延伸。北京2017年,《北京市加快科技创新培育新能源智能汽车产业的指导意见》:加大以氢燃料为主的燃料电池乘用车开发力度。2018年10月27日,5台12米燃料电池公交车在北京公交384线正式投入运营。上海2017年,《上海市燃料电池汽车发展规划》:提出到2020年,上海将实现电堆、系统集成与控制、关键零部件等核心技术跟踪国际水平。2018年9月27日,上海首条燃料电池公交线路正式上线,投入嘉定114路运营。广东2018年,《关于加快新能源汽车产业创新发展的意见》:广东2018-2020年新能源汽车推广应用省级财政补贴资金中的30%将用于支持氢燃料电池汽车推广应用。2018,《佛山市氢能源产业发展规划(2018-2030)》:将佛山建设成为全国领先的氢能源产业示范城市和集聚高地。2018年12月20日,佛山市禅城区首座加氢站——佛罗路加氢站建成营业。70辆氢燃料电池公交车正式投入运营,佛山率先成为广东省首个大规模使用氢燃料电池公交车的示范城市。山东2018年,《山东省新能源产业发展规划(2018-2028年)》:推动山东全省由“山东制造”向“山东智造”、“山东创造”转变。2019年1月4日,由兖矿集团有限公司、山东重工集团有限公司与山东国惠投资有限公司三家省属企业发起,由68家省内外会员单位组成的山东氢能源与燃料电池产业联盟成立。江苏2018年,苏州市发改委网站发布“市政府办公室关于转发苏州市氢能产业发展指导意见(试行)的通知”。2018年,张家港市人民政府印发《张家港市氢能产业发展三年行动计划(2018—2020年)》。全省初步形成涵盖氢 气制备和储运、燃料电堆、电池系统、整车制造和加氢站建设运营在内的氢燃料电池汽车产业链,从事氢燃料电池汽车关键产业链的重点研发生产企业达20家,2017年实现产值约11亿元,生产氢燃料电池汽车441台。四川日前发布的《四川省打好柴油货车污染治理攻坚战实施方案(征求意见稿)》提到,鼓励开展燃料电池货车示范运营,建设加氢示范站;支持替代燃料、混合动力、纯电动、燃料电池等技术攻关,鼓励开发氢燃料等新能源专用发动机,优化动力总成系统匹配。相较其他燃料,在纯电动和氢能源两个零排放技术方向上,燃料电池的优势是续航长、燃料补给快、自重轻等。因此,燃料电池系统在载货运输应用方面有着明显优势。从各地此前发布的政策可以看到,已经有城市在探讨燃料电池在货运行业的发展。四、三种电池优劣势比较图片来源:SMM(一)成本方面铅酸电池历史悠久技术成熟成本要低于锂电池:1KWH的铅酸电池的价格在500元及以下,而1KWH的锂电池的价格达到1200元,目前铅酸电池价格还是有一定的优势,但随着锂电池相关技术发展加快,其价格呈下降趋势,优势很快会被抹平。而氢能源电池相对二者而言成本较高,一方面,制氢过程能量损失大;制氢要先从电解水开始,耗费电能,产生氢 气,氢 气再发电过程中还会有能量损失;且电解水的电目前也是以煤电产生为主,烧煤发电也会有能量损失。另一方面,催化剂金属铂十分稀缺;在氢燃料电池发电的过程中需要使用金属铂作为催化剂,其价格非常昂贵。大规模生产氢燃料电池,铂金属将会因为需求增加价格上涨,且其本身就十分稀缺。第三个方面,氢的运输成本不菲;现在常见的氢 气运输方式是采用高压气罐,但这种方式的单次运输量非常有限。另一种方式是液态运输,但是要将其保持在-252.77摄氏度,意味着非常高昂的成本,不太现实。还有一种方式是固体储氢,利用固体对氢 气的物理吸附或化学反应,将氢储存于固体材料中。固体储氢方式安全稳定,但是能在常温下还原的多为钯、铑等稀有贵重金属,同样不太现实。此外,更为重要的是加氢站的建设成本。一座加氢能力大于200公斤的加氢站建设成本在1000万元以上,如此高昂的建设成本成为加氢站快速发展的最大障碍。(二)环保方面铅酸电池由于含有重金属铅,在生产中会产生污染,废旧电池处理不当也会产生污染。而锂电池生产中产生的污染非常小,废旧电池中只存在少量的污染成分。氢能源电池对环境无污染。它是通过电化学反应,燃烧会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述,燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。(三)效率方面铅酸电池就寿命、能量密度以及充放电效率方面均不及锂电池和氢能源电池。锂电池能量比较高,具有高储存能量密度,已达到460-600Wh/kg,是铅酸电池的约6-7倍;同时,使用寿命可达到6年以上,磷酸亚铁锂为正极的电池1C(100%DOD)充放电,有可以使用10,000次的记录。氢燃料电池储能密度高,大约为1kWh/kg,且重量轻,续航里程普遍更远。通常会超过500公里,而纯电动汽车则根据电池容量的大小,目前大部分纯电动汽车续航里程在300公里左右,少数车型可以达到400~500公里。此外,加氢就像加油一样,一般只需3~5分钟。而电动汽车的充电则是一个缓慢的过程。即使特斯拉推出了超级充电站,通常也需要1个小时以上。氢能源电池的发电效率可以达到50%以上,这是由燃料电池的转换性质决定的,直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换。(四)安全方面铅酸电池历史悠久技术成熟安全性要高于锂电池,铅酸电池能在复杂的环境中使用。而锂电池对环境要求相对较高,对充放电电流电压要求较高,一旦过充或者过放都有可能导致不可逆转的损坏。锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的,随着电池容量的增加,电池体积也在增加,其散热性能变差,出事故的可能性将大幅增加。由于燃料电池直接采用空气中的氧做氧化剂,空气中的杂质如SO2、H2S等有害气体进入燃料电池中,引起燃料电池阴极催化剂“中毒”,造成阴极催化剂不可逆转的损伤,从而导致燃料电池性能下降。尽管氢能源电池有一定安全隐患,但谈“氢”色变的观念已经过时,氢 气泄露速度快于常见燃料,但泄漏总能量不高,氢 气具有很高的扩散系数和浮力,泄漏时可迅速降低浓度,氢 气爆炸极限范围宽,但爆炸能很低且不产生浓烟和灰霾,氢脆现象会引起金属脆化裂纹,可以选用合适的材料防护避免。五、三足鼎立 谁能胜出?谁能胜出在于市场选择。铅蓄电池随着电动自行车、汽车等铅的终端消费品产量下滑,以及铅蓄电池在部分领域面临被锂电池和氢能源电池渗透的压力,未来铅产业消费动力不足,消费将逐步步入平台期。2019年,随着生态保护和污染防治工作的深入推进,以及下游消费市场持续低迷,铅蓄行业转型升级的任务将更为迫切。汽车产业逐步进入新能源汽车时代,机遇远远大于挑战。新能源车型的结构将由低端车型向中高端车型发展,随着新能源汽车市场的逐渐成熟,新能源车型同燃油车一样将会受到消费升级的带动,由低端向中高端车型升级。然而,与纯电动汽车相比,燃料电池汽车不仅在我国,在全世界的推广应用都不太理想。本世纪初,在动力蓄电池能量密度达不到汽车使用需求的前提下,专家多认为燃料电池汽车是电动汽车的终极阶段,这可以理解。但是近年来,动力蓄电池技术已有重大进步,对此结论应重新评估。就当前技术状况,动力蓄电池电动汽车更适用于城市、短途、乘用车,而燃料电池汽车更适用于长途、重载、商用车。二者是互为补充的关系,并不是互相替代的关系,至于将来孰优孰劣,由于技术还在发展,基础设施正在建设,商业模式也在持续不断创新,仍存在巨大变数。氢能燃料电池技术需要加快发展,这符合我国能源革命的需要。“但氢和电都是能源载体,并无‘终极’之说。”中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高认为,小型轿车对能量要求较低,锂电池可能发挥更大作用,“所以就新能源汽车而言,燃料电池与纯电将来会是共生共存”。“纯电动、氢燃料和混合动力,都有各自的优势,中国市场这么大,三条技术路线在今天和明天都是需要的。”在5月12日举行的第十届汽车蓝皮书论坛上,上海交通大学智能网联电动汽车创新中心主任殷承良说,至于未来究竟谁能胜出,“取决于技术进步和市场选择”。

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作者: 中国电器工业协会铅酸蓄电池分会 详情
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专家呼吁:应合理管控退役新能源汽车电池

中国新能源汽车产、销两旺。2019中国(青海)锂产业与动力电池国际高峰论坛23日在青海西宁召开,业界呼吁,动力电池作为新能源汽车“心脏”,应实现全生命周期资产运营管理。中国汽车工业协会数据显示,2018年中国新能源汽车产、销分别完成127.05万辆、125.62万辆,同比增长59.92%和61.74%。“新能源汽车产业前景光明,锂离子动力电池比能量未来将持续提升,”中国科学院院士欧阳明高说,“要研发更加安全的动力电池技术,来保障新能源汽车产业发展。”美国新能源汽车相关领域企业Camx Power总裁Kenan Sahin说,要用高安全、低成本、可回收的动力电池支撑电动汽车的健康发展,来达到市场、环境及官方的要求。中国电动汽车百人会秘书长兼首席专家张永伟说,车载阶段只是新能源汽车动力电池全生命周期的一部分,要通过其全生命周期资产运营管理,来发挥显著经济和社会效益。“退役电池在储能及其它动力领域还有再次利用的可能。”张永伟介绍,回收退役电池,能降低消费成本,减少资源战略风险,利于人类健康和生态环境。张永伟介绍,中国退役动力电池梯次利用相关政策和标准体系正在构建,梯次利用经济性已提现,如应用在电力系统储能、通信基站备用电源、低速电动车等相关领域。(记者 张添福)

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已到“退役期”的动力电池,该去哪儿?是个问题!

1、我国新能源汽车产业链真的足够完整?在我国,新能源汽车产业被当作是战略性新兴产业被培养发展着。从十年前国家为这一发展方向定下基调开始,突破动力电池、驱动电机和电子控制领域关键核心技术,早已成为了各方为之努力的目标,且成绩斐然。目前来看,我国新能源汽车行业已经形成了原材料供应、动力电池、整车控制器等关键零部件研发生产,到整车设计制造以及充电基础设施配套建设等较为完整的产业链,具备了产业化基础。可并非所有环节都发展得尽如人意,例如在本应优先考虑的动力电池回收环节,就不如其他环节发展得那般“良性”了。不仅发展缓慢,且遭遇了不少的瓶颈。同时由于消费者对之知之甚少,也引发了一些不必要的担忧。担心动力电池回收不到位,从而造成污染等质疑的声音络绎不绝,客观上也成为了新能源汽车发展的一大障碍。的确,从我国新能源汽车进入快速增长的2014年开始计算,第一批规模化的动力电池已经接近报废年限,且数量正在不断增加。面对汹涌而至的动力电池报废潮,目前的现状是市场上还没有建立起完善的回收网络。这些已到“退役”期的动力电池,到底该去哪儿?如何去,成为了各界无法回避的问题。2、为何动力电池回收会成为“短板”?早在去年年初,国内七部委联合印发的《动力电池回收利用管理办法》,就已经明确指出了,“汽车生产企业应建立动力蓄电池回收渠道,负责回收新能源汽车使用及报废后产生的废旧动力蓄电池”,强制规定了车企作为动力电池回收利用的责任主体。简单来说就是六个字,“谁生产,谁负责!”虽然明确了责任主体,但回收网络依然不完善,回收市场发展仍停滞不前。动力电池回收,俨然成为了我国新能源汽车产业发展过程中的最大一块短板。这背后当然是有原因的。技术的门槛,限制了动力电池的回收长期以来,新能源车动力电池还没形成统一标准,导致动力电池从铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池,再到三元锂电池,品类繁多,将这些标准不一、技术结构各异的电池统一整理并非易事。而从动力电池中分解出镍、钴、锰及锂盐等有价值的金属元素,或许比制造起来难度更大。技术的门槛,使得车企在这方面还需下大力气提高技术储备和人才培养。车企迈不开的投入产出比我们不难发现由于销量的原因,分到每个车企的第一批电动汽车“待退役”的动力电池数量其实并不算大,回收量也有限。同时,回收动力电池,目前来看也是无利可图的一件赔本买卖。据相关报告显示,目前普及率最高的湿法回收一吨磷酸铁锂电池的成本8500元左右,但从电芯中提取的镍、钴、锰、稀土元素等再生材料的售价仅为8100元,这也意味着回收企业不但不赚钱,还得“倒贴”。再加上目前整个市场体系过于分散,于是要这些车企都对动力电池的全生命周期进行管理,其投入产出比必然是不划算的。或许这也是目前车企在回收动力电池这一领域,积极性普遍不高的原因。电池的产权为购买者所有,回收率较低现阶段,车企在回收动力电池方面处于较为被动的局面。原因和新能源汽车的保值率是分不开的。本来贬值较快的新能源车就让车主苦恼不已,你还指望能够他们以较低的价格主动“退役”动力电池,显然不现实。如何补偿消费者,在各个环节做到提高回收效率,是各界需要一起来探讨的问题,仅凭车企自己很难破局。技术有门槛,回收不赚钱,还无法保障回收效率。动力电池回收成为我们新能源汽车产业链中的短板,也在情理之中。3、国外是如何做的,有无借鉴意义?动力电池的回收利用在国内还是新事物,但在国外已经发展了较长的时间。此时,国外的动力电池回收是如何发展,并形成相应体系的?咱们一起来看看,或许能够起到借鉴的意义。取其精华去其糟粕,没有什么不好意思的。这里有必要先跟大家介绍一下动力电池的回收利用方式,目前来看全球动力电池回收利用都只有梯次利用和拆解回收这两种方式,大家都是一样的。梯次利用以这种方式回收动力电池,其中最为著名的就是宝马打造的“莱比锡电池农场”。众所周知,宝马在电动车领域的发展也是较为成功的。无论是小型车I3, 还是豪华跑车I8,都是大家耳熟能详的车型。在推出有竞争力车型的同时,宝马在废旧电池领域也率先做出了探索。2017年10月,在宝马莱比锡工厂第十万辆BMW i3下线的仪式上,宝马的“电池农场”也正式开始并网运行。在宝马 i3 纯电车型制造车间隔壁的设施内,整齐排布着“退役”下来的电动汽车电池。700辆i3的旧电池也成为了高压储能系统的重要组成部分。同时,宝马工厂附近的风电场也与这个“电池农场”形成了配套,从而增加可再生能源在工厂内的消纳能力,保障宝马工厂的能源自给率。而另一个“退役”动力电池的梯次利用案例属于日产。不同于宝马把动力电池作为高压储能系统,日产则是直接制造成了电灯,命名为Reborn Light街灯。光听名字,“重生”就大体能够明白日产的用意。以街灯的形式,赋予了退役电池的第二次生命!它的具体原理为,将电动汽车的退役电池直接与路边电灯的光伏板相连,组成微型的储能系统,能在孤网的环境下正常工作,对于福岛等灾后重建的地区来说有着很强的现实意义。拆解回收说到拆解回收,不得不提日本的丰田。早在1998年,丰田就已经启动了废旧镍氢电池的回收计划。虽然丰田主要的经历是针对混合动力汽车领域,而且混动车型动力电池与电动汽车的电池相比,HEV的电池比较小(1 Kwh),但是丰田HEV在全球的累计销量和保有量相当大,丰田的镍氢电池回收和处理策略也非常值得作为借鉴基准。但也不能完全照搬。为何说丰田的动力电池回收策略值得借鉴?看看丰田的回收流程你就能明白一二。首先,丰田很早就建立起以经销商网络为发力点的电池回收网络。先是发布每辆混动车辆的应急处理策略,通过零售网络对废旧电池进行回收。最重要的是通过“以旧换新”方式从经销商处回收旧电池。此时就需要注意,由于混动车型的电池和纯电锂电池存在着不同的安全性。那么对于消防、存储和运输都有很大的差异,策略可以借鉴,但方式不可照搬。而在电池拆解处理过程中,丰田给到的可借鉴操作那就是合作。2011年,丰田在日本与住友金属合作,实现镍的多次利用,能够回收电池组中50%的镍。丰田化学工程和住友金属矿山为此配置了每年可回收相当于1万辆混合动力车电池用量的专用生产线。2012年,本田与日本重化学工业公司合作配置了类似的生产线,这条生产线可以回收超过80%的稀土金属,用于制造新镍氢电池。丰田同时保持着与SNAM公司(法国)、优美科(Umicore)集团(比利时)的合作关系,由后两者分别对镍氢电池和锂电池进行回收。可见,丰田也不是一根筋似的大包大揽,找到更多的合作伙伴,既降低了技术门槛,也分化了成本使得投入产出比得到了充分的保障。国外车企的电池回收策略和经验,或许能够给咱们国内的车企,起到一定的借鉴意义。由于国情、企业自身实力等因素,又不可完全照搬。但至少可以避免少走一些弯路。快评:在国家利好政策驱动下,我国新能源汽车产业由“萌芽期”进入“成长期”,新能源汽车产销量不断攀升,政策引导逐步退出,市场导向逐步发挥作用,行业进入了良性发展阶段。但不可忽视的是,在新能源汽车这条产业链上,那个重要的动力电池回收环节还有待完善。我国首批新能源汽车的动力电池已到退役期,那些电池该去哪儿,如何去,还真的是个不小的问题。

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电池竞赛,谁是最终赢家?

乍一看,在这个春季的清晨,SK Innovation研发园区的一切都是那么的安静祥和。该园区位于大田。这是一个整洁、整齐划一的城市,亦是由韩国政府打造的科技中心,在首尔乘坐高铁南行一小时即可到达。在SK绵延不断的园区内,遍布着雅致的现代玻璃钢铁建筑,哪怕是登上高大上的建筑杂志也毫无问题。其中的一栋建筑是图书馆,里面的桌子上堆满了一卷卷的厚纸和启发创意的报事贴。另一栋建筑中设有咖啡吧,工程师们正在排队等待咖啡饮品。凉风习习,鸟儿欢唱,粉红的樱花正在怒放。SK研发业务的商业策略负责人黄在尹(音译)驾驶着起亚电动汽车,载着我在园区转了转,然后停在了山顶上的一个站点。在我们身前是一座七层的立方体建筑K-8,整个建筑覆盖着哑光银壁板,没有任何可见的窗户。其唯一可见的标志位于一面墙的顶部角落,它以非写实的方式勾勒出了一个橙色的熟悉物体:一块电池。K-8的外观看起来十分古怪,近乎华而不实。黄在尹解释说,园区内的其他四栋建筑,外加正在修建的一座,都是用于开展电池研究的。为此,SK聘请了数百人,而且还在不断招兵买马。当我要求进入K-8参观时,遭到了黄在尹的拒绝。我在拿起照相机拍照时也被他拦了下来。他说:“在这个区域,对建筑拍照也是不允许的。”SK的研发园区一直在不断扩张,因为公司有着悠久的技术传承,它是韩国历史最早的炼油商。如今,这家石化公司已经选择在未来发展与电动汽车相关的产业,并与全球最大的汽车制造商签署了电池生产合约,例如大众。在签署这一合约之前,大众因为再三故意违反柴油车排放标准的丑闻而遭遇了毁灭性打击。随后,公司下定决心要以绿色企业的身份回归市场,并将很大一部分车型从烧油改为用电。SK与大众和其他汽车制造商签署了巨额订单,其中包括声称要在2022年推出10款纯电动车型的戴姆勒,以及中国最大的纯电动汽车制造商北京汽车集团。SK正加速在中国、欧洲和美国建造大型电池厂,包括一家距离亚特兰大一个小时车程的工厂。到2025年,SK的电池生产将得到大幅扩张,公司目前在认真考虑在这一期间为该业务注资约100亿美元。这笔投资对于一家如此庞大的集团来说也是一个不小的数目。尽管SK的业务面十分广泛,但它在过去的50多年中一直都致力于开采来自于地下的黑金。黄在尹在评论SK的电池业务时表示:“如今,订单量实在是太大了。”国际玩家:首席执行官孙康帮助安普瑞斯获得了来自于美国和中国投资方的资金。图片来源:Photograph by Stephen Chow for Fortune多年以来,电池升级竞赛仅限于消费电子。这是一个不断增长的业务,但无需为其再次配置资本。如今,面对道路上电动汽车以及电网中可再生电力的攻势,这场竞赛演变成了一场企业和地缘政治的死斗。一夜之间,众多顶级跨国公司开始异常严肃地对待这件事情,尤其是汽车巨头、原油大拿以及发电公司。此前,它们认为经济的储能方式是一个白日梦,如今,它们将其视为一种现存的威胁。如果不加以利用,它们可能会因此而被边缘化。它还会拉开全球主要经济体之间的距离,这些国家将21世纪自身在储能领域的主导地位等同于19世纪对煤的控制以及20世纪对石油的控制。这里存在一个明显的信号:电池技术竞赛已经深深融入当前正在进行的美中贸易摩擦中。即便是电池怪才杰弗瑞·张伯伦也觉得这一转变着实令人吃惊。多年来,他曾经供职于阿尔贡国家实验室,负责美国政府的一个顶级电池研究项目。如今,他主导着芝加哥风投基金Volta Energy Technologies,从紧张的电力、石油和其他公司那里获取资金,然后投资储能技术初创企业。张伯伦说,这些企业认为自己必须为其赌约购买多重保险,因为“可再生能源对于这些公司来说具有大规模的破坏性。”与此同时,中国已经宣布把打造世界级的电池产业作为一项国家级战略,并且为此公布了相关优惠政策。张伯伦问:“这意味着什么?它们是否会成为电池行业的新沙特?”数十亿美元的资金进入了电池研发领域,也让如今的电池行业成为了科技行业的香饽饽,一如10年前的半导体行业。初创企业的吸金速度尤为迅猛,每一家公司都疯狂地许诺在能源储存难题上有了重大突破。这些资金来自于寻求技术解决方案的跨国公司、寻求新盈利目标的风投公司以及各式各样打着拯救地球旗号的亿万富翁,而且太平洋两岸均有所贡献。有些初创企业将大获全胜,但失败的更多。不管怎么样,它们代表着电池竞赛的最前沿,但那里的冲撞也最为致命。出名的大多都是勇者,而经得起时间考验的突破获得发展的可能性最大。对比那些大公司,初创企业更加善于推销自身的业务。这一点是合情合理的,因为它们渴望获得资本。当今的全球电池竞赛有两大热潮。第一个热潮是电动车电池,它已经十分成熟。能源数据公司Wood Mackenzie预测,电动车电池的市值将从2017年的130亿美元大幅增至2024年的410亿美元。正是基于这个原因,埃隆·马斯克的特斯拉公司才建造了一家大型电池厂,也就是特斯拉所称的“巨型工厂”(gigafactory),位于内华达州。也正是考虑到这个市场规模,全球几乎所有的汽车制造商(因特斯拉在电动车市场的表现而羞愧不已,但已下定决心要迎头赶上)向SK和其他主要电池制造商抛出了巨额订单,这些电池制造商的总部基本上都位于亚洲。此外,这一市场前景也在吸引它们投资那些承诺能够带来突破性技术的初创企业。另一大热潮才刚刚起步,属于电网用电池:其设备大小跟厂房差不多,旨在储存大量电量,有可能一次储存数天或数周的用量。这类技术能够带来重大的转型,也就是从煤和天然气这类化石燃料向太阳能和风能转变。虽然煤和天然气对气候有不利影响,但可以随时启用或关闭,而风能和太阳能则并不是全天候的存在。电网用电池市场依然处于初期,基本上依靠政府补贴,也就是说风险较大,而且是否能够取得成功还不好说。一群侃侃而谈的技术专家正在摩拳擦掌,率先向市场推出其长时间供电储能设备,这些专家的背后都是财大气粗的投资者,从比尔·盖茨支持的基金一直到沙特阿美。在这两大热潮中,面临风险的不仅仅是一些企业家及其带有投机目的的投资者,全球经济的未来亦是如此。自从本杰明·富兰克林在闪电风暴中放飞带钥匙的风筝之后,事实证明,人们很难大批量地储存电量。这也是为什么汽车仍然在烧油的原因,因为油箱可轻易地储存燃油;这也是为什么人们仍然需要架设数千英里的传输线缆,把电从发电端传到使用端的原因;而且这也是为什么大多数发电厂依然采用燃烧化石燃料发电的原因,虽然它对环境存在不利影响,但却异常的可靠。拉一下开关,整个系统开始运转,然后电灯就亮了。如果人们可以以低成本储存大量的电量,行业将发生巨大的变化。电动车的零部件比燃油车少,因此从规模化来讲,其制造成本要更低,也就比内燃机引擎更加优越。白天,人们可以将太阳能转化为电能,夜间则储存风能,而且如果成本合适的话,可再生能源能够成为一种持续而不是间歇性的能源来源。鉴于交通运输和发电的温室气体排放量占到全球总量的约40%,人类的碳产出量实际上可能会因此而大幅下降。科学家警告说,如果要避免尤为危险的气候变化,人们必须在本世纪中叶基本上实现零排放。经济赢家和输家的大范围重新洗牌可能会导致知名企业寻求新的业务模式。汽车制造商将不得不更换装备,否则就会出局。原油公司至少不得不在很大程度上将自己重新塑造为可再生能源提供商,否则将逐渐淡出人们的视野。公用事业则不得不转而采用新的去中心化业务,其中,它们曾经运营着大量的太阳能电板、风力涡轮机和电池。换句话说,寻找低成本电力储存方式会让全球经济短路,然后重新洗牌。这一点能实现吗?今年春天,我为了找到这个答案烧了不少燃油。我开车到访了北加州的不同地区,并乘坐飞机前往世界各地。在硅谷、波士顿、中国和韩国,我发现初创企业正在蓬勃发展,而大公司则为了生存而努力奋斗。所有企业都十分紧张,不过一些企业在这一方面更具前瞻性。如今,储能是所有泡沫市场的幕后推手。然而,从基础构架来说,电池是一个较为简单的设备。它包含四个部分:带正电的电极,又称为阳极;带负电的电极,又称为阴极;连接两极的物质,又称为电解质,通常是液体;薄膜,又称为隔板,用于在“短路”时防止某些分子从一个电极游向另一个电极,而“短路”会导致起火。过薄的隔板被看作是2016年某些三星手机一连串火灾的罪魁祸首。当电池为设备提供电量时,内部的化学反应将原子分解为称为离子的带正电分子,以及称为电子的带负电分子。离子和电子会同时从阳极流向阴极,但会形成不同的流。离子会穿过电池;电子会在设备中形成回路,为其提供电力。在传统的电池中,当所有的离子和电子从阳极流向阴极后,电池的电量也就用尽了。可充电电池在通电后可以吸收新电力,让离子和电子流向正极,从而再次为设备供电。纳米世界:一台安普瑞斯的机器能够将气体附着在金属上,以制造“硅纳米线”阳极。图片来源:Photograph by Christie Hemm Klok for Fortune电池研发的一个主要目标就是实现“能量密度”的最大化:也就是单位体积或质量的电池中能够塞进的能量值。它基本上取决于阳极能够容纳的离子数量;有了更多的离子,电池就会有更多可用的电子为设备供电。离子数和阳极至上的理论确立了如今电池研发的两项重要事实。第一,基本上现今所有电池的离子都来自于同一种物质:锂。锂是一种重量特别轻的元素,这也就意味着其离子非常小,因此,阳极也就可以塞入更多的离子。正是因为这个原因,大多数电子设备,从iPhone到特斯拉,都是采用的“锂离子”电池。另一个现实在于,如今电池研发的一个重要方向就是打造更好的阳极:也就是容纳海量的锂离子。安普瑞斯便是非常有希望在超级阳极方面有所突破的公司之一。该公司的总部位于硅谷,是一家长达十年的初创企业,其大多数业务都位于中国,而且两国的投资者共同为这家公司倾注了1.4亿美元的资金。这些公司包括硅谷风投公司Trident Capital 和Kleiner Perkins、中国私募股权公司软银赛富,以及无锡政府旗下的投资公司无锡工业发展集团。安普瑞斯在无锡设有一家很大的电池工厂。与众多初创企业不同的是,安普瑞斯已经在生产电池,而且面向知名客户销售。安普瑞斯的首席执行官孙康称,公司去年的营收约为5000万美元。但其技术依然存在很多问题,其未来也是也存在诸多不确定因素。他说,“我们还没有脱离险境。”孙康是科技行业专业人士。他十分注重发型,穿着笔挺的衬衣,说话开门见山。他在中国长大,在布朗大学获得博士学位,并一步步做上了霍尼韦尔的副总裁,随后回到了中国,帮助组建了JA Solar,后者目前已经是全球最大的太阳能电板制造商。目前,他在旧金山附近居住,开着特斯拉,而且似乎经常在全球各地之间穿梭。他说,自己当前担任这家泛太平洋电池初创企业的负责人是“职业生涯中最困难的一项工作。”在与他共度的数个小时中,他嘴里一直会提到一个词,几乎是下意识的自语,就像是口头禅一样:“不容易。”也就是:“电池科技并不是一件容易的事情。”让孙康感到痛苦的来源是:超级阳极令人抓狂的不稳定性。大多数锂离子电池的阳极都采用石墨制作,这种材料很便宜,而且广泛存在。与其他众多初创企业一样,安普瑞斯正在试图采用硅来做阳极,单位克重的硅所能够容纳的锂离子数量从理论上来讲是石墨的10倍。“从理论上来讲”是一个巨大的警告。硅作为锂离子储存者的优势也存在着一个重大的缺陷:当硅被塞满大量的锂离子之后,它会膨胀。这种膨胀会破坏阳极材料,大幅降低超级电池理应拥有的寿命。10多年前,斯坦福大学的材料科学教授崔屹开发了一种新的技术来解决硅在阳极的膨胀问题。该技术使用的硅结构在纳米级别像是翻转毛刷上的单根鬃毛。实验室的实验证明,在每个单元塞入锂离子之后仍然有大量的空间进行膨胀,而不会碰到其他的鬃毛,或导致阳极破裂。将这一理念商业化的正是安普瑞斯,该技术又称为“硅纳米线”。孙康随即担任了该公司的首席执行官,他认为自己在经营数年之后就可以将其卖掉或上市,并借此大赚一笔。10年后,他依然是如坐针毡。他说:“公司现在的规模是之前的30倍,否则,我们无钱可赚。”安普瑞斯位于硅谷心脏加州桑尼维尔的人才中心是一个像碉堡一样的套房,坐落于一个不起眼的工业园区。墙面十分破旧,家具看起来像是租的,虽然实际上并非如此。我有一天过去参观的时候看到,男厕所尿池下方的地板上铺着满是污点的硬纸板。今年夏天,安普瑞斯将搬到另一个办公地点,原因在于公司没有续签租约,而且新地点的租金更低。安普瑞斯并未将资金用于打造舒适的员工环境,而是用于科研和制造。在桑尼维尔办公室的一个实验室中,装着安普瑞斯的核心产品:一个房间大小的机器,由安普瑞斯设计,并按照具体规格在欧洲制造,它能够将硅烷气体和其他气体喷在金属基质上;接下来的化学反应便能够打造出硅纳米线。人们可以通过机器上的美国银币大小的窥视孔观察这一过程,气体在输送过程中是一团紫色的雾霭。整个过程中的所有环节都十分复杂和讲究,包括气体成分、进入时的压力和温度,基质在机器内部运输带上的传输速度。机器生产的阳极材料为军舰灰双面卷状物。该材料每一面的一平方厘米封装了约20万根硅纳米线。这些材料在分割后被送到多个小实验室房间,身穿白外套、戴着蓝手术面罩的员工将通过手工来组装电池。安普瑞斯表示,其中最好的电池的能量密度要比传统的锂电池高60%。但它的一个缺陷在于,其充放电次数不如传统的锂电池,这也是安普瑞斯正在努力改善的问题。安普瑞斯最先进的电池技术引起了美国军方的注意,后者正在测试其在服装上的使用情况,士兵可能会穿着这些服装在野外为其设备充电。到目前为止,该电池的最大买家是空客。作为Zephyr项目的一部分,空客正在名为高海拔假卫星(HAPS)的无人机上测试这些电池。去年12月,这两家公司宣布,其中一架由安普瑞斯电池供电的空客无人机飞行时长超过了25天,“创下了平流层飞行的新耐力和高度记录。”对于孙康来说,空客合约既是其救生索,也是一张警示牌。他说,对于这些电池,“我们向空客开出了天价”。“这种价格是不可持续的”。换句话说,在桑尼维尔打造的这些电池类似于在萨维尔街(世界最顶级西服手工缝制圣地——译者注)缝制的西服:量身定做、昂贵,因此具有风险。孙康在谈到加州业务时表示:“如果这项业务无法规模化,那么将难以生存。”重金属:海运集装箱装载着Vionx“流体”电池,它储存着由马萨诸塞州伍斯特风能涡轮机所发的电力。图片来源:Photograph by Jesse Burke for Fortune空客有充足的理由为安普瑞斯的天价电池买单。它正在努力开发和商业化一个成本更低的卫星替代方案,以及可行的电动空中出租机队,并在这一方面超越包括波音在内的对手。A3 by Airbus的首席执行官马克·卡辛指出,“市场上有数千家公司”称自己拥有电池领域的未来突破性技术。A3 by Airbus是空客在桑尼维尔设立的创新中心,离安普瑞斯并不远。然而,除了安普瑞斯之外,“我们并没有看到有任何证据表明,任何公司可以在中短期内拿出已经足够成熟的电池,并将其装入某款产品。”与此同时,安普瑞斯在中国正在追逐一个更广阔的市场。在南京这座孙康长大的中国南部都市,安普瑞斯设立了另一个实验室,致力于开发不像其硅纳米线技术那么稀有、但高出行业标准的阳极材料。它是一个纳米级的硅结构,呈粉末状,然后与传统的石墨粉进行混合。随后产生的石墨-硅混合物在一家传统的电池厂进行加工。与传统电池相比,这种添加硅的简单做法通常可将能量密度提升15%。虽然其改善效果远低于硅纳米线材质,但成本要低得多。在我到访南京的那天早上,金属货架上放置着数十袋硅粉。在我这位业余人士的眼中,这些粉末跟研磨后的咖啡差不多,唯一的区别在于褐色的深浅。有一些类似于法式烘焙咖啡,其他则属于轻度烘焙版。安普瑞斯正在向美国、欧洲、日本、韩国和中国各大汽车制造商销售这种材料进行测试。它还将粉末运到安普瑞斯于2016年在无锡附近建造的工厂。当我到访无锡工厂时,工厂正在大量生产儿童智能手表和消费电池组使用的电池。工厂还为一家中国无人机制造商生产电池。被派往引导我参观的科研人员翟传新(音译)说,它对于工厂最近获得表电池的合约感到尤为自豪。为此,公司围绕能量密度与全球最大电池制造商之一的中国新能源科技有限公司展开了激烈竞争。翟传新提到了无锡厂服务的另一名客户:一家使用电池制作寒冷天气氧供应机器的公司。他说,这家公司向中国军方销售机器,在西藏用于医疗用途。这一点反映了在美中两国均有业务的众多电池公司所面临的敏感问题。孙康说,在两国关系紧张之际,安普瑞斯必须在投资者和客户选择方面慎之又慎。他是美国公民,称自己更喜欢美国的生活环境。但商业就是商业:安普瑞斯刚刚完成了3000万美元的融资轮,而且所有资金来自于中国投资者。孙康解释说,电池市场“属于中国业务”。他对我说,作为第二祖国的美国“应该醒醒了”。与孙先生一样,大卫·维尤是科技行业的资深人士,曾经耗费10年的时间试图创建一家电池厂。与孙先生不同的是,维尤(他说自己的名字与“view”同音)曾经历过失败的痛苦。2012年,维尤帮助创建的锂电池公司A123 Systems申请破产,令人唏嘘不已。自从10年前创建以来,A123已经筹集了3.5亿美元的私募资金,在美国纳税人配对基金上花费了1.29亿美元,然后在大肆宣扬的2009年首次公开募股中收获了3.9亿美元的资金。A123在创建时曾经设想,公司会获得来自于通用汽车和其他汽车制造商电动车电池供应合约,不料这些公司大幅削减了生产计划。A123对某些电池的召回也带来了不利影响。在破产之后,评论员批评A123是美国补贴本国清洁能源这类荒唐事件的典型代表。A123电池的大多数业务在2013年被卖给了中国零部件公司万向集团。自从那时开始,中国便开始举全国之力打造全球领先的电池行业。在遭遇了A123的内爆之后,维尤认为他已经受够了电池业务,但随后又改变了想法。如今,他又开始经营一家电池初创公司,在这个竞争对手林立的行业努力拼搏。然而,这一次他并不打算改进锂电池,而是要取代它。维尤是Vionx Energy的董事兼前任首席执行官,这是一家位于马萨诸塞州波士顿沃博恩郊区的初创企业。投资者,尤其是风投资本公司,到目前为止已经向Vionx和其前身注资1.3亿美元。Vionx(维尤在谈到这个名称时指出它是一个“很傻的名字,但这些人一直都很傻”,其发音是“Vy-on-ix”)寻求批量生产一种完全不同的电池,一种可以通过盈利的形式储存超长时长的大量可再生能源的电池。Vionx是一群公司的集合,它们致力于开发的电网储存技术在功能和尺寸上并不怎么像电池,而更像是发电厂。电网储存领域的种子公司并没有像锂电池竞争者那样,在纳米级别摆弄航天材料,而是一块块金属、工业泵和管道,以及一次性往巨大储罐中倾倒数千加仑的化学制品。Vionx这个特殊的精巧装置被称为“流体电池”。在大规模工作的情况下,它可以提供约10个小时的低成本电量储存,如果储罐更大的话,时长会更长。过去几年中,流体电池已经成为了能源行业类似于笑柄的存在。人们在这一技术规模化方面的种种尝试均以失败告终,不仅是因为这种技术会出现各种小故障,而且还在于由化石燃料支撑的电网并不需要储存多少电能。维尤现如今坚持认为,两大根本性的改变——更好的技术以及可再生能源价格的大幅降低——意味着过去并非是序曲。太阳能价格在过去10年中下降了70%,再加上最近降价的风能,正在推动对能源储存的需求。与此同时,研究机构Wood Mackenzie称,电网规模存储系统(电池和建立系统所需的各类工具)的价格自从2010年以来已经下降了85%。严肃的强势选手如今正在投资电网储存技术。Exelon便是其中一家公司,它在2018年的营收达到了359亿美元,在今年的《财富》美国500强榜单上排名第93位,拥有约1000万名客户。公司正在试验大型电池,并将注资电池科技投资公司Volta。Exelon的企业策略高级副总裁克里斯·高尔德表示,公司已经完成了向太阳能的转变,储存业务将得到加强,公司也将从中盈利。然而事实是:到目前为止,存储提供的电量仅占电网电量的一小部分。Wood Mac¬kenzie称,2018年共计储存了6000兆瓦时的电量。这是全球的数字,但还不到福克兰群岛一年一半的用电量。即便电网存储市场在2017至2024年的经济价值能够按照Wood Mackenzie的预期增长8倍,届时它仍然只是电动汽车电池市场价值的十分之一。只要存在,电网存储通常就是政府补贴和强制政策的产物。即便政府提供此类支持,电网存储往往会集中出现在特定的地区,也就是那些可再生能源能够发挥最大经济优势的地区,例如加州和夏威夷。这些地区有着尤为充足的日照和风能,而且化石燃料价格异常高昂。这些在电网上的能量存储容量如今也就只是几大堆锂电池的电量。这对于全世界来说是一个不利的消息,但维尤希望它会成为Vionx的机会。锂电池已经霸占了玩具、表、手机、电动车等移动设备的市场,因为它能够将大量的电力塞入一小块电池中。但如今的电网规模锂电池组建仅能储存几个小时的电量,然后又得再充电。在遇到难以预料的太阳能或风能下滑时,它倒是足以在化石燃料产生的电力回升和输出之前稳定电网。但还远不足以支撑将全球电力系统从化石燃料改为可再生能源。液体资产:用于测试Vionx流体电池的设备,它依赖于一罐罐的化学原料来储存电能。图片来源:Photograph by Jesse Burke for FortuneVionx为其技术服务提供了一个可能的答案。在马萨诸塞州的三个由政府资助的测试地点中,Vionx已经部署了装着其流体电池的集装箱原型。它们由一堆堆的泵和管道,以及塑料和金属构成,维尤自己将其称为“Rube Goldberg”。在马萨诸塞州雪里,Vionx正在等待与一大片中国造太阳能电板相连。在完成安装和运行之后,它应该可以储存可供160个家庭使用的电量。我在一个下午参观了厂址,气温是如此之低,我的手指在记笔记后都麻木了。我亲眼看到,这个系统实在是太大了,与我如今认为锂电池可以塞入口袋,或至少能塞入背包的想法可谓是天壤之别,但维尤不这么认为。他说,Vionx系统需要达到电厂的规模才能行得通。“否则,就只是个花瓶。”Vionx在位于沃博恩的总部设计和组装了这些系统,只不过总部看起来更像是商业车库而不是实验室。到处都是大的可以灌篮的桶,不过,鉴于里面装的都是电池液,要灌篮的话实在是不明智。Vionx的工程业务副总裁沙扎德·巴特带我参观了工厂。他是一位汽车专家,在福特汽车工作了很多年,然后来到了A123,随后又加入了Vionx。他用平淡的密歇根口音对我说,锂电池是“储能行业的法拉利,我们这个是卡车。”Vionx基于由联合技术公司开发和授权的技术。它使用金属钒作为其化学原料能量载体。但初创企业面临两大根本性挑战。一个是供应。钒是一种在全球流通的商品,其价格波动很大。目前的价格很高,不利于Vionx的经济效益。另一个挑战在于需求。促使电网储能市场成形的政府已经出台政策支持锂电池系统,但锂电池通常只能提供4个小时的备用供电时间,而且会出现性能衰减,每过几年就得更换。但Vionx庞大的系统在成本方面具有竞争优势,能够提供10小时的储存电量,而且可以持续20多年的时间,基本上不会衰减。系统庞大的体形会带来更高的初始成本,估计只有寄希望于更多小时的电量销售才能进行分摊。如果购买的Vionx系统只能够提供4小时的备用电量,那么就不亚于购买喷灯来点雪茄。维尤在波士顿一家他最喜爱的使用白色餐桌布的餐厅享用生蚝、鱼肉晚餐时说:“这是个很大的问题。”这个问题并不陌生。他发现自己陷入了在A123时遭遇的同样困境:他确信储能设备在技术上已经做好了准备,但市场并不需要,至少目前不需要。他喝了口法国霞多丽红酒,然后说:“问题在于,‘以后是否会有那么一天,可再生能源加储能设备会比煤炭更便宜?’如今我依然坚信这一点,正如我在2004年就认为电动汽车会大行其道一样。但问题在于,这一天何时才能到来。”Vionx只不过是众多面临这一困境的电网储能种子选手之一。另一家是Form Energy,这家初创企业部分源自于麻省理工学院材料科学教授蒋业明的实验室。蒋业明曾经与维尤共事,是A123背后的科技参谋。Form Energy筹集了1100万美元,同时最近还获得了美国能源部390万美元的拨款。其他投资者包括比尔·盖茨创建的10亿美元清洁能源基金Breakthrough Energy Ventures、不知名的其他全球亿万富翁,以及石油巨头沙特阿美。Form Energy希望以较为经济的方式打造能够长久供电的储能设备,不仅仅只是10小时,而是数天或数周的时间。其高管认为有必要让电网上可再生能源的比例达到真正能够替代化石燃料的地步。From Energy意图利用获得的联邦政府拨款打造以硫为关键原料的系统。蒋业明在马萨诸塞州剑桥市充满阳光的办公室聊天时并没有表明Form希望商业化的储能设备是否会使用硫。然而,用词十分小心的他说道,“硫是最具吸引力、有着丰富储量的分子。”如果用非科学的语言来解释,“丰富储量”等同于价格便宜。离蒋业明办公室仅有数个街区的地方,我拜访了去年从X剥离出来的初创企业Malta。X是谷歌母公司的“臭鼬工厂”。与Form一样,基于斯坦福大学科技的Malta计划使用巨型储罐和泵来储存可供数天或更长时间使用的电力。但Malta的科技是将能量以热量的形式储存,公司认为这种方式更加经济。Malta的投资者包括瑞典热交换设备制造商Breakthrough Energy Ventures,和一家中国可再生能源生产商。整个故事就像一个初创企业纪录片,公司源自于剑桥市的一个共享工作室,冷凝咖啡和康普茶自由弥漫在整个空间,会议室均以历史上伟大的土木工程项目命名。Malta的首席执行官拉姆亚·斯瓦米纳山对我说,她希望公司在大约五年内推出产品。最令她感到担心的是,公司正在为一个当前并不存在的市场设计一款复杂的机械设备。她表示:“这有点像盲人摸象,我们一直在摸索着寻找出路。”我所到访的电网储能初创企业和锂电池公司之间存在着巨大的差别。专注电动车市场的公司看起来更加疲惫,因为市场目前就希望获得更好的锂电池。回到沃博恩,少数其他电池初创企业距离Vionx并不远。其中一家是Ionic Materials,它的创始人是一位沉默寡言的材料科学家迈克·兹莫曼。那天早上我到访时,他还裹着一条L.L. Bean的抓绒夹克。他在整个职业生涯都在与塑料打交道,包括他在知名的企业科研设备供应商贝尔实验室工作的那段时间。兹莫曼在近10年前便开始思考如何为电池制作更好的聚合物。他研发出的一种聚合物在室温情况下能够让离子自由流动。这就让以低成本方式制作无需液体电解质的电池成为了可能。兹莫曼说,“固态电池”可以更安全,而且具有更高的能量密度。Ionic Materials的投资者包括诸多知名的跨国公司,例如雷诺-尼桑-三菱联盟、法国石油公司道达尔以及韩国汽车制造商现代。其他投资者包括自身拥有电池产品的日本巨头日立,以及储能行业基金Volta。兹莫曼的团队有50人,正在努力减少聚合物的厚度,增强其强度、一致性,并降低其成本。他希望经过一切准备之后,在未来几年推出产品。他坐在一块写着“我们信科学”的挂钟下,用空咖啡杯敲着桌子,并说道,“这真的是太难了,整个过程令人头疼不已。”未来的电池:Vionx的技术人员陈刚(音译)为流体电池堆建造控制单元。图片来源:Photograph by Jesse Burke for Fortune离Ionic Materials不到1英里的地方坐落着Solid Energy Systems,该公司研发的产品在外界看来更加前卫。公司的创始人胡启朝对固态电池的理念不屑一顾。他指出,它的安全性能可能更好,但无法容纳足够的电量。他认为硅阳极也属于类似乏善可陈的技术。33岁的胡启朝成长于中国武汉,于麻省理工学院获得学士学位,并从哈佛大学拿到了博士学位。他正在努力实现商业化的技术被电池研究人员视为圣物:一款可以秒杀锂电池内硅元素的阳极,因为阳极本身由金属锂制作。多年来,问题一直在于安全性。锂金属电池在充电时有一个特别的特性,因为这类物质在阳极的积累可能会击穿隔板,并导致短路和起火。胡启朝对此并不感到担忧。他坚信,自家电池不会比在售锂电池危险。他将其称为“超越锂离子”的存在,并希望在明年开始面向无人机销售。他对我说:“尽管锂电池汽车也有着火的情况,但人们依然在购买,因此这款电池也是可以接受的。”胡启朝是个雷厉风行的人。他打算尽快让公司上市,因为时间就是金钱。他对我说:“一旦首家超越锂电池公司上市,它将吸引所有的投资。行业中的每一家企业都想争做第一。”我们早上7点半在沃博恩开会,胡启朝迟到了几分钟,手里拿着一个大大的旅行杯,里面装着茶水。这两个现象都是可以理解的,因为从他在新泽西的家到这里要开车3.5小时,他每周都得往返一次。当我在上海见到胡启朝之后去参观Solid Energy正在嘉定修建的工厂时,他穿着皱巴巴的斜纹裤和满是灰尘的工作靴——一周之后仍然是这一套。嘉定这个地区也有着很多首要的汽车制造工厂。多名投资者跟随着胡启朝穿过了整个工厂,那里的空气中满是新刷油漆的味道。这些投资者总共向Solid Energy注入了9000万美元的资金,其中包括上汽集团(总部位于上海的中国最大的汽车制造商)和天齐锂业(全球最大的锂生产商之一,原料来自于矿石)。Solid Energy的其他投资商还包括:通用汽车和SK。如此众多的大公司一再出现在电池行业的现象凸显了业界寻求技术突破的迫切心态。在SK的韩国园区,也就是策略师黄在尹不愿向我展示的研发楼,黄在尹称他们在专注于改善阴极,并在降低隔板厚度的同时确保其安全性。SK感受到了竞争的热浪,这也是公司为什么会通过支持Solid Energy来为自身赌注加固的原因。黄在尹称,“如果所有的技术都由自己来研发,会存在一定的风险。”全球最大的汽车制造商之一的大众也同意这一观点。这也是为什么公司去年宣布向另一家硅谷电池初创企业QuantumScape投资1亿美元的原因。这笔投资也扩大了大众与SK和其他大型电池制造商的合约。作为其绿色重构的一部分,大众称到2030年,公司销售的40%的汽车都是电动汽车。大众的采购负责人史蒂芬·索莫表示,“我们现在就必须做出决定,选谁以及在哪里选择合作伙伴,从而确保大量的电池供应能力。这是在短时间内获取如此大量供应能力的唯一方法。”而这一举措也凸显了电池竞赛的混乱局面及其重要性。尽管各国政府为主导电池产业,保护其国家安全而承诺不断增加国家在这一方面的资金投入,然而事实上,电池行业是一个不断全球化的网络。越来越多的电池公司都拥有来自于不同国家的知识产权、投资者和供应商,其客户更是如此。这些公司的国别,到底是美国、中国还是其他国家,正在变得越来越模糊。从众多方面来看,电池竞赛似乎不大可能按照既定的模式发展。对于消费者和地球来说,这可能是一件非常好的事情。对于决策者、投资者以及化石燃料时代的企业巨头来说,这也大大增加了它们掌控竞赛的难度。(财富中文网)本文另一版本登载于《财富》杂志2019年6月刊,标题为《制造更好电池的竞赛》分割线信息来源:《财富》杂志

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氢燃料电池与三元锂电池谁更安全?

今年可以说是电动汽车安全元年,过去无论是厂商还是购买电动车的用户,从来只关心性能和续航里程,没人关心过电池安全,直到特斯拉曝出自燃事件后大家才开始越发关注电动车的安全问题。这也让很多过去不为人知、厂商避而不谈的、三元锂电池的性能缺陷逐渐浮出水面,让人们逐渐意识到磷酸铁锂的好处。如果拿三元锂跟磷酸铁锂对比相信很多人很快就能知道磷酸铁锂正安全性方面的性能是要优于三元锂电池的,但是如果拿三元锂与氢燃料电池对比,谁更安全呢?过去人们总是谈氢色变,觉得氢是一种比汽油还要危险得多的能量储备方式。事实果真如此吗?氢燃料电池的工作原理是怎样的?它的安全性是怎么设计的?与三元锂相比谁更安全?本期来为大家解读■氢燃料电池动力系统的核心技术:储氢罐+燃料电池反应堆正如电动车当中的电池包一样,储氢罐是用来存储氢气的设备,燃料电池反应堆是用来把氢气和氧气转化成电能和水的设备。这两者加在一起,就构成了相当于电动汽车的电池包,能够持续为电机和整车电器设备提供电力。氢燃料电池的好处显而易见,电力转换效率极高,而且过程中十分安静,也不会需要大量散热。这就是为什么丰田Mirai仅仅携带 5kg 氢气就能续航700公里+的原因。极大的能量密度和极高的能量转换效率,是氢燃料电池最大的特点。燃料电池反应堆的核心技术是质子交换膜以及催化剂,这些技术目前主要被欧美大公司所垄断,在中国并没有形成太大规模的产业化。所以反应堆被列为核心技术就很容易理解了,那么储气罐为什么也是核心技术呢?■ 密封和耐久性能的好坏,决定了储气罐的性能就如同一个大国的装备制造水平一样,在工业和民用领域,密封材料的性能也是衡量一个大国制造业水平的重要依据。欧美很多国家对于高性能密封材料的配方和制造工艺是绝对保密的。这就是为什么在传统汽车领域,那些顶级性能的刹车系统和汽油柴油直喷发动机的燃油共轨系统都来自于欧美供应商,因为它们的核心技术就是密封技术。▲氢燃料电池储气罐的结构对于氢燃料电池车也是这样,要想提高续航里程就需要多谢带氢气,而能够储存氢气的压力容器对于压力的承受力,就是能够携带氢气多少的关键。正因为氢气的密度很小,所以必须经过压缩甚至是低温液化后,储存在压力容器当中才能获得足够的能量密度,容器可承受的压力越大,单位体积内携带的氢气就越多。而容器可承受压力越大,也意味着对密封性能和抗压性能的要求越高。丰田Mirai在氢气储存方面的性能是世界领先的,并且车型已经量产,即便这样,携带5kg的氢气仍然需要两个很大的储气罐,因此占据了车内后部的很多空间,使得整车在造型上有别于传统电动车,车尾高度相对较高。▲如此巨大的储氢罐占用了大量空间,并且仅能储存5kg氢气■ 储氢罐对于安全性的设计有哪些?与三元锂电池相比谁更安全?在整个燃料电池车运作的过程中,燃料电池反应堆是一个化学反应的场所。它只需要源源不断的供给少量氢气就可以持续工作,如果发生氢气泄漏或者安全事故,可以迅速切断供应氢气的路径来防止氢气的燃烧。大家都能想到,最有可能影响燃料电池车安全性的是储气罐。所以在设计储气罐时必须充分考虑安全碰撞问题:一方面储气罐的壳体材料需要够轻,另一方面需要有足够的强度用于耐受撞击。因此,储氢罐一般都是以成本高昂的碳纤维及其它复合材料组合而成。但是,我们知道,不管用多么坚固的材料制造储气罐壳体,也只是在一定的速度条件下,能保障碰撞的安全性。然而实际道路行驶时的速度,肯定要远高于实验室做安全碰撞的速度,那么一旦储氢罐破裂,造成氢气泄漏与空气混合在一起是不是就会马上发生爆炸呢?事实上,在储氢的设计中都考虑到了这一点。正因为储氢罐内部的氢气压力很大,所以在储气罐上设计有紧急泄压阀,一旦发生氢气泄漏或着火,紧急泄压阀会自动打开并迅速释放储气罐内的氢气。我们知道氢气的密度比空气小得多,并且必须与氧气结合才能产生燃烧或者爆炸,被高压释放的氢气在靠近储气罐的部分由于压力高流速极快,没有什么机会与氧气接触,而远离储气罐的氢气由于其密度小的特点,又会迅速的在空气中上升。即便这个时候空气当中有明火能够满足引燃条件,那么也仅仅只是在空气上空形成一个火球,并不会对人员造成伤亡。这种高速释放氢气的技术也同样被应用在加氢站的大型储气罐之中。▲氢燃料电池汽车的核心科技与三元锂电池相比,氢气储存过程当中的安全性应该是更高的,因为可以通过隔绝氧气,或者迅速释放的方式,让危险的氢气迅速逃离人群,某种意义上来讲甚至比液态的汽油更安全。而三元锂电池会随着时间的推移电池的老化,有可能在内部发生短路的现象,或者因外力的撞击导致内部的短路自燃。最可怕的是,无论是由内而外引发的自燃还是由外而内导致的燃烧,过程中都会释放大量氧气,这就意味着即便与空气隔绝,电池也会越烧越旺。■ 氢能源与三元锂电池的发展前景在中国,三元锂电池最大的优势,就是在近几年国家政策的倾斜鼓励下产能得到了极大的发展,可以说中国公司是掌握其核心技术的,并且一跃成为了全球最大的锂电池生产国,成本得到了极大的降低,已经完全形成了规模产业。而氢燃料电池技术,无论是反应堆催化剂的工艺配方,还是储气罐的核心技术,中国都没有形成规模产业,所以成本极高。但是中国却又非常具备发展氢能源的产业条件,每年国内石化行业产生的氢气副产品足够用于车辆使用,氢气获得成本比较低,而且不需要依赖电解水这种高耗能的方式获得氢气,这为大规模发展燃料电池汽车奠定了良好的基础。

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十年后固态电池将促进电动汽车普及

今年以来,国内蔚来、特斯拉等知名品牌电动汽车安全事故频发。6月17日,工信部发布《关于开展新能源汽车安全隐患排查工作的通知》(以下简称《通知》),《通知》表示,对发生起火燃烧事故的车辆,企业应及时开展事故调查;对隐瞒不报或不配合开展事故调查的行为将予以处罚;确实存在产品缺陷的,生产企业应当主动向主管部门备案召回。6月18日本报报道的《电动汽车安全调查(上)》,聚焦动力电池安全问题和社会各界的思考。在《电动汽车安全调查(下)》中,广州日报全媒体记者专访了中国电池工业协会副理事长、中国科学院物理研究所研究员、博士生导师黄学杰,听他详细解释了关于电动汽车电池的安全与未来。6月17日,广东省重点布局的首批4家省实验室之一松山湖材料实验室在东莞动工,目前该实验室正重点推进锂离子电池新材料研究和中试,这一项目未来将使汽车动力电池的续航能力提升40%、成本下降30%。松山湖材料实验室副主任、实验室产业化委员会主任黄学杰也担任该锂离子电池新材料研究和中试线建设项目负责人。哪些情况会引发电动汽车自燃?记者:请问有哪些原因会引发新能源电动车突发自燃?黄学杰:虽然线路老化、破损和车内放置易燃物品会容易引起短路和触发自燃,但电动汽车自燃的主要原因是因为电池热失控转为热蔓延造成。电池里有正负极、电解液和隔膜,可燃材料很多。触发电池自燃的原因包括外部短路或内部短路。有了外伤,比如碰撞导致电池包损坏或者电池包之外的线路短路等;电池制造缺陷引起的内部短路,车子充电时暂时好像没有问题,但内部已经出现了微短路,一段时间之后可能就会烧起来;电池过充电时,导致温度加速上升引发热失控自燃。还有一种情况是电池管理系统出现问题导致电池过热,隔膜融化导致电池内部短路,进而引发电芯热失控。国家是按照电动汽车的续航里程和电池包比能量来划分补贴,也会导致一些厂商基于补贴利益考虑以及提升自身品牌的宣传力度而忽视了电池包的安全因素,为了提高电池的能量密度安全设计冗余不足,安全隐患也在增加。电池是否使用时间越长越危险?记者:我发现近期自燃事件有一些共同点,首先都不是新车,都属于旧款且经过了一定里程的使用。能否理解为动力电池使用时间越长越危险?黄学杰:电动汽车产业还需要更好的电池,大家还在努力中;但在这之前,只能选择一种至少可以让汽车运行的电池,这是个妥协之举。有时电池随着使用时间安全性会降低,是使用过程中出现了低烈度过热、过充电问题或者出现机械损伤和电路故障的情况。哪一种充电模式比较安全?记者:目前电动车充电,普遍存在快充、慢充和换电池等三种模式,目前比较主流和安全的充电模式是哪种?黄学杰:电动车快充、慢充接口对应直流、交流接口。一般情况下,应尽量使用慢充,只有在紧急需要时,才使用快充方式。因为快充对于电池的要求非常高,大电流充电会导致电池组温度升高,电池衰减也会快一些。电动汽车换电模式是指通过集中型充电站对大量电池集中存储、集中充电、统一配送,对电动汽车提供电池更换服务,此模式可以解决充电时间过长的问题。但现阶段尚处于发展初期,投资大,运营费用高,与换电模式相配套的标准体系尚未建立,就目前的技术水平和相关法律、商业模式配套而言,还不足以支撑该模式的大规模应用。电动车电池广泛使用会加剧环境污染吗?记者:国内外电动车目前使用的主要是哪几种不同技术类别的锂电池?回收环节存在哪些问题?黄学杰:电池制造过程中不可避免产生了碳排放,而且能源供应不完善,但电动车目前的污染水平低于内燃机。在电池生产方面,人们已经有了一些经验,从源头到生产都能控制污染,提高环保水平。但电池有使用寿命,到了报废的时候,电池中很多化学物质需要处理,对于废弃电池的处理才刚刚起步。这个问题肯定需要解决,这是生产者的责任之一。需要提升电池的循环寿命实现梯级利用,发展更高效的拆解回收技术,通过循环利用减少对新材料的开采需求,提升环境效益。我国的电动车电池制造技术如何?记者:我国的电动车电池制造技术如何?黄学杰:国外主流动力电池企业和国内部分技术领先企业得益于自动化生产技术、工艺装备和质量控制水平,特别是自动化控制技术、智能化无人制造工厂等能够保证制造出高品质高水平的动力电池产品。但是我国还有不少锂离子电池企业的生产过程还处于单机自动化和局部信息共享的阶段,制约了产品质量的进一步提升。近年来,我国在动力电池生产制造技术及装备方面有了长足的进步,基本掌握了动力电池装备的核心技术,单机自动化方面取得了较好的进展,极片生产和化成设备方面缩小了与国际先进水平的差距,在卷绕变形控制、无偏差组装、激光切割及焊接等某些单项技术方面具备了国际领先的水平,少数企业开始自动化生产线的设计。电池有辐射吗?记者:动力电池是否存在辐射等安全隐患?黄学杰:不会,电池不存在辐射问题。记者:石墨烯、黑磷这些新材料用来制作电极,会对电池技术产生重大的变革吗?黄学杰:新型的电极材料有很多人在研究,石墨烯有用在正极里作为导电添加剂材料,一般添加量低于百分之一,黑磷等也作为负极材料有人研究,但未见到应用的可能性。而氢燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能,可满足特定车型和特定场景的应用要求,将对电动车动力形成有效的补充。电池是电动汽车的动力源泉,也是一直制约电动汽车发展的关键因素。如今电动汽车的续航,不管是动力电池的能量密度还是充电技术,在这几年都得到了很大的发展。相信,随着规模化效应之后,三电技术和成本都会有一个质的飞跃。至2030年,比能量倍增的固态电池将会商业化,电动汽车的普及将会更加顺畅。自燃事故给电动车行业带来哪些警示?记者:自燃事故给电动车行业带来哪些警示?黄学杰:与传统燃油车相比,电动汽车的成熟程度还不够,市场化过程目前还面临一些瓶颈,动力电池是电动汽车关键核心部件之一,我们应紧紧依靠先进技术来破解电池成本高、安全可靠性不足和使用不便捷的问题。安全性不仅仅是业内来努力开发安全性高的电池与系统产品,还要通过远程运行数据监控、充电监控及保养服务等提升电动汽车使用的可靠性与安全性,避免由于维护、改进不及时或滥用情况而出现安全性与可靠性事故。

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锂电池环保“短板”待补齐

锂作为能源储存的关键组成元素,在近年来电动汽车产业和电池储能技术发展日益成熟的背景下,需求猛增,产量也日益扩大。虽然动力电池产业逐步走上正轨带来了更多积极意义,但同时也面临着环保难题:锂资源在开采利用过程中如果处理不当,会对生态环境造成不良影响。那么,这一问题是否会反过来制约锂电池的发展?锂资源行情走高锂离子电池作为全球清洁能源的重要组成部分,近年来正被越来越多的企业用于生产电动汽车。凯恩能源研究顾问公司曾分析,锂离子行业的年产量预计将从2017年的100兆瓦时增长到2027年的近800兆瓦时。日前,另有外媒预测,到2025年锂的需求量预计将增加到130万公吨,将是目前水平的5倍有余。而在国内,记者了解到,2018年我国锂电池总出货量为102GWh,同比增长27%,其中动力电池出货量占比63.7%,占比持续上升中。“从发展态势看,目前锂电池成为电化学储能的主要增长点,占据化学储能规模75%。一方面,在新能源汽车高速发展的带动下,锂电池材料及系统技术迅速升级;另一方面,磷酸铁锂电池成本的快速下降也为锂电池在储能市场的大规模商用提供可能。”高工产研锂电研究所近日发布的调研报告显示,储能市场规模化应用锂电池已呈不可逆之势,预计未来1-2年,在国家政策指引以及锂电池储能成本进一步下滑的推动下,储能市场,尤其是电网侧储将能将迎来高速增长。开采与回收均易造成环境污染然而,锂电池产业的行情走高,并不能掩盖利用锂资源所带来的弊端。就开采而言,无论是卤水开采还是硬岩开采都会在不同程度上对环境造成破坏。据了解,我国锂资源的卤水开采比例在70%以上,是我国开采锂资源的最主要手段。这是一种通过在盐碱地表钻孔,将富含矿物质的盐水泵出地表,然后使矿物质水反复蒸滤得出固体,最后从混合物中提取出碳酸锂的方法。该法不仅对水资源消耗巨大,在蒸滤过程中产生的带毒物质也极易对水域、土地造成恶劣影响。另一方面,位于产业链下游的锂电池回收也容易因为处理不当而污染环境。据相关资料显示,废旧动力锂电池中含有大量的锰、钴、镍等重金属元素,同时在其电解液中也包含有六氟磷酸锂等高毒性物质,以及其它易挥发性有机物,这些物质如果得不到妥善处置,不仅会造成资源的浪费,还会对环境造成巨大污染。“废旧动力锂电池并不是完全没有了‘能量’,它依然含有300V到1000V不等的高压,如果在回收、拆解、处理过程中操作不当,可能带来起火爆炸、重金属污染、有机物废气排放等多种问题。”中国科学院过程工程研究所研究员曹宏斌表示。降低污染需创新技术有报告指出,电动汽车的规模化越高,电池的产量越大,该行业的经济性就越强,生产的过程也将向更高效、污染更少的方向发展。对此,致力于研发突破性开采锂技术的能源勘探技术公司表示,为满足电动汽车日益增长的锂需求,希望可以通过新技术来提升卤水的开采度,甚至包括以前无法开采的低浓度卤水资源。“我们的目标是开发出快速、低成本、回收率高、对环境影响最小的锂萃取分离膜。” 该公司首席执行官蒂格·伊根介绍,该公司的金属有机骨架膜可以通过优化提取工艺来提高产量,从而大幅降低锂的生产价格。“这可以显著提高产量,同时生产商及其客户也能得到更高的经济效益。”除了提升采锂技术外,还有不少初创企业正在寻求电池存储技术上的突破,他们企图找到一种更高效、成本更低的“新型”电池,以取代或弥补锂离子电池的缺点。其中一个名为“突破性能源投资”的项目,由比尔·盖茨等多位亿万富翁资助,旨在为零碳未来找到解决方案。“能源储存显然是低碳未来中不可或缺的一部分,我们需要新技术来最大限度地利用我们有限的锂资源。”一位不愿具名的业内人士认为,无论是提高锂资源的开采技术还是电池回收技术,或是进一步完善电池回收地产业链,都对环境的改善有巨大好处。“此外,对矿业公司使用责任制也有利于促进更安全的行业标准诞生,能够有效减少环境污染。”

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