华尔街日报 | The Battery Is Ready to Power the World

By Russell Gold and Ben Foldy

Feb. 5, 2021 1:59 pm ET

1991年，可充电锂离子电池首次商用于手持摄像机。笔记本电脑很快跟进。十年后，电池为智能手机和可穿戴设备提供了动力，推动了苹果公司(Apple Inc.)等科技巨头的崛起，然后又进入了电动汽车领域。整个过程的基本技术基本保持不变:锂离子在液体中从阴极移动到阳极，然后再返回。

然而，这仅仅是个开始。经过十年的快速下降的成本，电池已经达到了一个临界点。它将不再仅仅用于消费产品，也将改变世界使用能源的方式。

在能源领域，价格实惠的电池使企业能够储存电力并获取可再生能源。在汽车行业，他们准备挑战汽油发动机长达一个世纪的统治地位。由于成本下降得如此之快、如此之远，大多数汽车制造商预计，目前比汽油驱动汽车更贵的电动汽车，在未来五年内将花费同样的成本。

这种增长可能会持续下去。电动汽车是目前电池需求的主要来源。随着需求的增长和成本的进一步下降，电池对各个行业的影响将变得更加严重。通用汽车公司(General Motors Co.)最近在电池方面取得了胜利。该公司说，希望到2035年在全球范围内逐步淘汰汽油和柴油动力汽车。

电池的繁荣

锂离子电池的需求正在上升。

电池的繁荣可能会削弱对原油和副产品(如汽油)的需求，以及主要用于发电厂的天然气的需求。尽管采矿材料和电池制造会产生一些温室气体排放，但分析人士认为，汽车和能源行业转向电池将减少整体排放，推动应对气候变化的努力。

仅美国发电厂的排放量就占全国的四分之一左右，而轿车和货车等轻型车辆的排放量则占17%。

充电电池的兴起现在已成为国家安全和产业政策的问题。对制造锂离子电池所需的矿物和制造过程的控制是21世纪版的石油安全。

目前，亚洲国家和企业主导着电池市场。近65%的锂离子电池来自中国。相比之下，没有一个国家的原油产量超过全球原油产量的20%。

一些公司正在研究新的电池结构，比如不通过液体转移离子的固态电池，它可以显著提高电池的功率，并进一步降低电池的价格。这种突破的价值可以用数十亿美元来衡量，如果不是数万亿美元的话。

位于康涅狄格州的电池创业公司Cadenza innovation Inc.的首席执行官克里斯蒂娜•兰佩-欧纳鲁德(Christina Lampe-Onnerud)表示:“仍有大量创新即将到来。”她的公司设想有一天大楼可以拥有自己的电池，为它们储备电力，在高峰时段使用，以降低成本。

第一款使用锂离子电池的商用电动汽车是在2008年推出的特斯拉跑车(Tesla Roadster)。特斯拉公司(Tesla Inc.)的早期优势之一，就是发现它可以使用现成的笔记本电脑电池为汽车提供动力。该公司最初购买的是亚洲生产的笔记本电脑电池，当时笔记本电脑使用6至12块电池。双座跑车需要近7000块。

如今，全球超过三分之二的锂离子电池被用于汽车，据总部位于伦敦的跟踪电池价格和行业发展的Benchmark Mineral Intelligence称，这一数字预计将在2030年前达到四分之三。

同样的电池正在越来越多地部署在电网上。今年1月，佛罗里达州开始建造一款电池，将使用250万个锂离子电池——化学性质与特斯拉电池相似，只是更大。NextEra能源公司旗下的Florida Power & Light公司表示，这种电池可以为迪士尼乐园供电7个小时。

用过的汽车电池，由于多年的充放电而略有退化，现在作为存储项目找到了新的生命。阿姆斯特丹的约翰·克鲁伊夫体育场有一个由148个尼桑叶子电池组制成的3兆瓦“超级电池”，其中许多电池组可回收利用，储存由屋顶太阳能电池板产生的电能，帮助平衡体育场的能源使用。

根据Benchmark的数据，为了满足预期的需求，锂的全球产量在过去10年增长了近两倍。锂是一种银色金属，也被用来制造核弹和治疗躁郁症。锂主要在澳大利亚和智利开采，它们是在地下盐水矿床中发现的。不过，内华达州和北卡罗来纳州提高美国锂产量的努力正吸引投资者的注意。

近年来，由于汽车生产商的需求，汽车价格的下跌速度快于预期。目前，电动汽车电池组和发动机的制造成本比类似的化石燃料中型轿车发动机高出约4000美元。据投资银行瑞银集团(UBS Group AG)称，到2022年，差额将达到1900美元，并将在十年中期消失。

通用汽车电动汽车部门负责人肯•莫里斯(Ken Morris)在9月份表示，他预计五年内成本将达到平价。大众汽车(Volkswagen AG)、特斯拉(Tesla Inc.)和通用汽车(GM)等汽车生产商正在进一步压低电池价格，竞相锁定数百万辆电动汽车所需的巨大产能。电动交通的兴起也吸引了一些最大的科技公司，包括苹果(Apple)和亚马逊(Amazon.com Inc.)。

根据德意志银行(Deutsche Bank)的数据，从全球来看，在美国、欧洲和中国这些全球最大市场，电池驱动的电动汽车占去年新车总销量的4%左右，高于2017年的1%左右。该行预计，到2025年，这一市场份额将达到22%。

在能源领域，一个多世纪以来，中国一直围绕即时发电建立电网。每天的每一秒，都需要电子供应来满足需求，以避免停电，因为没有办法储存能量以备下次使用。

为了解决这个问题，近几十年来，在最热和最冷的日子里，天然气的需求由随时待命的天然气发电厂来满足，这些发电厂被称为“峰值”，在需要的时候，会在几个小时内启动。

在美国部分地区，大量安装的锂离子电池已经开始取代尖峰电池。这些电池通常从太阳能发电厂获取能源，但也可以从电网获取廉价电力，它们倾向于白天储存电力。他们会在太阳下山后，当电力需求和价格上升时，在晚上的几个小时内根据需要释放电力。

开发商和公用事业公司正在考虑该行业的另一个进化步骤:建造电池，从风能和太阳能农场收集和发送廉价、清洁的电力，而不仅仅是在日落后的几个小时。

这不仅威胁到峰值，而且威胁到许多传统发电厂，因为它们的融资是基于这样一种假设，即它们能够在几十年的任何时候都有竞争力地出售电力。

电池“正处于高度颠覆的边缘，”GlidePath电力解决方案有限责任公司的首席执行官克里斯·麦克基萨克(Chris McKissack)说，该公司总部位于伊利诺伊州，是一家建造可再生能源发电的公司。他估计，在总共8千兆瓦的燃煤电厂中，有超过1亿兆瓦的燃气电厂和燃煤电厂，这些电厂可能会立即变得不经济和不必要。“这为电池存储提供了巨大的机会，”他说。

在电力市场竞争激烈的德克萨斯州，经济力量正在推动电网电池的繁荣。到2020年底，已安装电池的发电能力为215兆瓦。电网运营商预计，到2023年年底，将有近2000兆瓦的电池，约为该州主要电网每年这个时候平均电力需求的4%或5%。

加州和纽约已出台指令，要求公用事业公司安装更多电池，提高电网的可靠性，消除价格波动，并引入更多可再生能源。

去年，两家为近70万客户采购电力的加州公司扩大了一项现有协议，收购贝克尔斯菲尔德北部的一个大型太阳能和电池存储项目。这两家公司分别是硅谷清洁能源公司(Silicon Valley Clean Energy)和中央海岸社区能源公司(Central Coast Community Energy)。

硅谷清洁能源公司(Silicon Valley Clean Energy)首席执行官吉里什•巴拉钱德兰(Girish Balachandran)表示:“我正在以一种完全不同的方式考虑电网。”巴拉钱德兰预计，随着更多的风能和太阳能被储存在电池中，天然气在该公司在加州的投资组合中所占的比例将会缩小。

他说，随着电池价格持续下跌，他正在设想部署电池的新方法，以确保电网的可靠运行。

自2010年1月波士顿咨询集团(Boston Consulting Group)估计电池成本为每千瓦时1000美元至1200美元以来，电池价格已经大幅下跌。它说，汽车制造商的目标是达到250美元a的水平——“不太可能实现，除非在电池化学方面有重大突破。”

如今，电池的价格约为每千瓦时125美元，因为生产能力的大幅增加降低了成本，而化学和设计方面的调整进一步节省了成本。

卡耐基梅隆大学(Carnegie Mellon University)机械工程副教授文卡特·维斯瓦纳坦(Venkat Viswanathan)说，人们普遍预计电池成本将进一步下降。他预计，在触底反弹之前，两到三年内电价将低至每千瓦时80美元。

Gene Berdichevsky曾是特斯拉跑车的电池系统架构师，现在是Sila纳米技术公司的创始人兼首席执行官，该公司位于加州阿拉米达，致力于改进电池技术。他说，将存储成本降低到每千瓦时50美元可能价值5000亿美元。“将会有大量的科学独创性应用于此，”他说。

去年，美国成立了一个由机构组成的联盟，以促进国内电池行业的发展，理由是该行业在消费电子和国防领域发挥了重要作用。它还利用《国防生产法案》(Defense Production Act)来加快稀土矿的开发。

上个月，在参议院对能源部长提名的确认听证会上，詹妮弗·格兰霍姆(Jennifer Granholm)表达了她对国内生产的兴趣，她说:“我们可以从亚洲购买电动汽车电池，也可以在美国生产。”

欧盟正在利用产业政策促进地区电池行业的发展。德国经济事务与能源部长彼得•奥特梅尔(Peter Altmaier)最近表示，欧盟希望通过回收废旧电池来加工原材料，从而“在欧洲创造一个封闭的电池价值链”。

日益增长的电池需求可能会对重要矿物质的供应造成压力。为所有这些汽车电池供电会增加电力需求，使供应紧张。

另一个挑战是:尽管电池的安全性有所提高，但锂离子电池也曾发生过起火事件，通用汽车(GM)、现代汽车(Hyundai Motor Co.)和宝马汽车(BMW AG)等多家公司都曾因此召回锂离子电池。

充电站的短缺可能会打击电动汽车用户的积极性。旧金山估计，到2030年，它可能需要超过5100个电动汽车充电插座，而2019年需要834个。据两名市政府官员共同撰写的一份分析报告显示，给这些电池充电可能需要比该市目前的用电量多7%。

尽管如此，汽车专家相信电池驱动的车型——在机械上比汽油发动机简单得多，运动部件更少——最终将会占据上风。

汽车行业顾问桑迪·门罗(Sandy Munro)说，内燃机(又称ICE)在一个世纪以来一直被设计得近乎完美。门罗每年要拆解大约24辆汽车，把它们拆解成各个部分，研究材料、技术和组装。相比之下，电池驱动的电动汽车的创新才刚刚开始。

他说:“现在，我们基本上只触及表面。”“冰河时代即将结束。”