在今年的上海國際車展上，環(huán)保和智能成為一大亮點(diǎn)。新能源汽車不但成為了各大汽車廠商熱議追捧的對象，更是代表了整個汽車行業(yè)發(fā)展的一個趨勢。
獨(dú)立能源數(shù)據(jù)調(diào)查機(jī)構(gòu)EIA的數(shù)據(jù)顯示，最大的石油消耗國美國在2015年消耗了3.85億加侖的石油，而大約45%的石油、90%的汽油由輕型交通工具消耗，如私家車、小型卡車、公共交通等。不難看出，車是日常能源消耗的超級大戶，在能源有限、污染嚴(yán)重的今天，環(huán)保出行已是共識。
在2016年，中國新能源汽車市場增量矚目，短短一年中新能源汽車銷量超過50萬輛，在汽車銷量的占比達(dá)到1.8%，增速同比超過50%，保有量接近100萬輛。中國新能源汽車年度銷量占全球比重超過40%，排名第二的美國全年銷量16萬輛，新能源汽車銷量占比約為0.9%。毫無疑問，中國已成為新能源汽車最大市場。
而在第二大市場美國，政府政策正在限制新能源汽車的需求。盡管現(xiàn)在新能源汽車產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)出一片光明的前途，有越來越多的汽車巨頭在加大對新能源汽車的投入，電池的價格也在跟著下降，但汽油也依舊價格低廉，許多州也在減少支持新能源汽車的政策補(bǔ)貼，如此也讓電動車的吸引力大減。
與美國相反，許多如中國的新興市場為新能源汽車提供大量支持，這也讓美國在這一場新較量中失去優(yōu)勢。
中國消費(fèi)者的需求非?，F(xiàn)實(shí)，對新能源汽車在生活上的作用有非常清晰的定位。畢馬威的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，大多數(shù)消費(fèi)者只會在日常通勤的使用場景中駕駛電動車，有70%的調(diào)查對象表示在工作日的時候平均需駕駛40公里的距離。
許多人相信電動車比使用內(nèi)燃機(jī)的傳統(tǒng)汽車更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、環(huán)保。政府補(bǔ)貼也是消費(fèi)者購買私家車時的重要考慮因素，特別是在人口眾多、比較難拿到汽車牌照的大城市。但是，許多潛在電動車用戶認(rèn)為，與免費(fèi)牌照等優(yōu)惠政策相比，更低的保養(yǎng)費(fèi)用以及環(huán)保價值顯得更為重要。
然而，近十年來對新能源汽車的擔(dān)憂依然存在。新能源汽車用戶以及潛在用戶都表示電動車的電池技術(shù)是他們主要擔(dān)心的地方，不管是電池續(xù)航、充電速度，亦或是充電樁的分布，都是他們的考慮因素。大多數(shù)新能源汽車用戶表示他們一般是在家里或者是工作地點(diǎn)自行充電。
超過75%的調(diào)查對象提到他們對新能源汽車的續(xù)航里程預(yù)期是350公里。在他們看來這才能滿足他們的日常交通需求。在充電時間方面，53%的新能源汽車用戶表示他們目前可以接受大概四小時的充電時間，還在觀望的消費(fèi)者則有73%能夠接受四小時的充電時間。
其實(shí)，新能源汽車并不缺更好的電池技術(shù)，只是遲遲沒有更好的電池成品。
我們有了更好的電池技術(shù)，但依然沒有更好的電池
在去年，美國能源部門的高級能源研究機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人，艾倫·威廉斯，告訴《衛(wèi)報》，“我們在電池技術(shù)方面獲得了突破性的進(jìn)展。”然而，直到現(xiàn)在真正高效、低成本的新型電池仍未出現(xiàn)在市場上，高端電動車型號價格仍談不上親民。
事實(shí)上，有數(shù)個初創(chuàng)公司已經(jīng)接近開發(fā)出更經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定而且能量密度高的能量儲存設(shè)備，這些設(shè)備儲存能量的成本可低至每千瓦時100美元以下。
如此低廉的能量儲存成本能夠更好地幫助24小時新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行，讓太陽能或者是風(fēng)能發(fā)電站可以最大效率發(fā)電儲存能量，這也就意味著新能源汽車的價格會進(jìn)一步下降。
但吊詭的就是這些電池一直沒有被商業(yè)化，完全跟不上我們新能源需求的節(jié)奏。即便是一向讓人驚喜不斷的特斯拉創(chuàng)始人埃隆·馬斯克也不得不承認(rèn)，目前電動車產(chǎn)業(yè)陷入了提高鋰離子電池技術(shù)的遲緩進(jìn)程，還沒有出現(xiàn)質(zhì)的提升。
許多研究者認(rèn)為，在未來能量儲存會有新的化學(xué)和物理形態(tài)，將超越鋰離子電池這個稱霸了消費(fèi)性電子產(chǎn)品和電動車市場，以及電網(wǎng)規(guī)模的能量儲存應(yīng)用長達(dá)十年的技術(shù)。
SolidEnergy Systems 的創(chuàng)始人Qichao Hu就開發(fā)出了鋰金屬電池(采用金屬陽極，傳統(tǒng)電池使用石墨材料)，可以大幅度提高能量儲存密度。這個長達(dá)近十年的開發(fā)過程也展示出了電池技術(shù)開發(fā)的一大障礙。“對于電池類產(chǎn)品來說，從概念到產(chǎn)品這個過程是非常困難的，” Qichao Hu解釋道。“因為即便是你改動很小的一塊地方，其他所有的東西你也要跟著改。”
除此之外，能源儲存的研究還有著一個很復(fù)雜的問題：相關(guān)的技術(shù)太多，從泡沫電池，到流體電池、甚至是其它化學(xué)形態(tài)的電池，都有各自獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，并沒有說哪一項技術(shù)受到更多的投資。
Lux Research的一項研究分析了能源儲存環(huán)節(jié)上超過40億美元的投資，結(jié)果顯示下一代電池項目，如所謂超越鋰離子電池的存在，在這8年來平均有4千萬美元的投資。特斯拉在鋰離子電池工廠Gigafactory上的投資達(dá)到了50億美元。這資金上的差距是很難趕上的。
“開發(fā)一款新電池以及建一個相應(yīng)的小規(guī)模電池生產(chǎn)線會耗費(fèi)5億美元”，加州大學(xué)伯里克里的材料科學(xué)教授戈爾德·賽德說到，戈爾德·賽德帶領(lǐng)的團(tuán)隊負(fù)責(zé)研究新型電池的化學(xué)技術(shù)。他指出汽車廠商在做出任何電池采購決定之前，都需要經(jīng)過好幾年的測試。畢竟，當(dāng)公司一年只有500萬美元資金的時候，可不是隨隨便便就能投500萬美元到生產(chǎn)上的。
即便是電池制造商研發(fā)出了新的電池技術(shù)并將其推向市場，他們也會發(fā)現(xiàn)其實(shí)很難找到買家并將其投入生產(chǎn)。
Leyden Energy和A123 Systems都開發(fā)出了潛力十足的新電池技術(shù)，但都在資金緊缺和需求降低的情況下失敗了。另外兩個初創(chuàng)公司，Seeo和Sakti3，在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和盈利之前也都被以低于投資者早期預(yù)期的價格收購。
同時，電池三巨頭，三星、LG和松下，更多的是想要在現(xiàn)有的產(chǎn)品上做出改進(jìn)，而不是開發(fā)新的電池技術(shù)。同時，致力于新電池技術(shù)的初創(chuàng)公司們也要面對一個它們不愿提起的現(xiàn)實(shí)：在70年代開發(fā)出來的鋰離子電池，依然在變得更好。
更大、更好、更便宜?
在上文中我們提到有初創(chuàng)公司已經(jīng)開發(fā)出了新的電池技術(shù)，其中一項重大新電池技術(shù)最早于2012年2月份在美國華盛頓特區(qū)的一場發(fā)布會上宣布。
研究人員、企業(yè)家和投資人都前來聽如比爾·蓋茨和比爾·克林頓這些名人闡述新能源技術(shù)的重要性。同時，這場發(fā)布會也是說動高級能源研究機(jī)構(gòu)從而獲得投資的機(jī)會。
美國能源部高級能源研究機(jī)構(gòu)創(chuàng)立于2009年，一直承擔(dān)著尋找潛在革命性研究的任務(wù)。高級能源研究機(jī)構(gòu)的負(fù)責(zé)人阿倫·馬宗達(dá)當(dāng)時迫不及待地宣布了一項重大進(jìn)展：一種由初創(chuàng)公司Envia開發(fā)、能量儲存容量比傳統(tǒng)電池高兩倍的新電池。
據(jù)阿倫·馬宗達(dá)介紹，續(xù)航里程能完成華盛頓到紐約旅途的電池，其成本會從30000美元降低到15000美元。這也意味著電動車的價格會更親民實(shí)在。
在短短幾個月的時間里，美國通用汽車公司就拿下了這個技術(shù)，并簽署了協(xié)議支持技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，獲得了使用所有電池成品的權(quán)力。這個交易本應(yīng)讓Envia獲得幾億美元的資金，但Envia很快就收到了通用汽車公司工程師的抱怨。這些工程師抱怨道他們無法復(fù)制Envia的成果。在新技術(shù)宣布一年后，協(xié)議就黃了。Envia讓人印象深刻的電池出師未捷身先死。
Envia的實(shí)例活生生地給我們展示了新電池技術(shù)為什么那么難以實(shí)現(xiàn)，以及初創(chuàng)公司在獲得了足以改變世界的技術(shù)后所經(jīng)歷的困難。在過去的十年間，我們看了太多的突破性進(jìn)展，但這些進(jìn)步很大一部分來自于傳統(tǒng)大公司量的積累。
Envia開發(fā)出的是一種新型鋰離子電池。鋰離子電池最早在70年代末發(fā)明，并在90年代被商業(yè)化。這些鋰離子電池有兩個電極，鋰離子在兩個電極之間穿梭，也就產(chǎn)生了電流。鋰離子電池很輕，而且性能強(qiáng)大，讓便攜電子設(shè)備成為現(xiàn)實(shí)。但鋰離子電池也只是在近期才應(yīng)用在電動車上。
通用汽車公司的電動車EV-1在90年代使用的是廉價的鉛酸電池。這種電池每個重達(dá)600kg，充滿一次電的續(xù)航里程也僅為55-95英里。
特斯拉最初在2008年推出的鋰離子電池電動車則能夠跑250英里，是EV-1接近三倍的續(xù)航里程。但是昂貴的鋰離子電池也讓特斯拉電動車的定價高達(dá)10萬美元。為了降低成本，日產(chǎn)與美國通用汽車公司的不少電動車型號采用更小的電池組，只能跑不到100英里。
更好的電池技術(shù)開發(fā)難度高。即便是采用一種新的電極，都會帶來無法預(yù)知的問題，而這些問題需要長達(dá)好幾年的測試才能被發(fā)現(xiàn)。也就是說，一改則動全身。為了讓高級能源研究機(jī)構(gòu)和風(fēng)險投資人眼前一亮，Envia一下子就應(yīng)用了兩種實(shí)驗性的電極材料。
在2006年，Envia向美國阿貢國家實(shí)驗室獲取了一項很有潛力的材料技術(shù)。但緊接著問題出現(xiàn)了，用這項技術(shù)開發(fā)出來的電池電壓變化無常，讓其無法應(yīng)用在實(shí)際場景中。阿貢國家實(shí)驗室的研究人員調(diào)查了出現(xiàn)的問題，但無法找到確切的答案。他們對這種材料的物理和化學(xué)屬性并沒有足夠的了解，也無法找出導(dǎo)致問題的原因，更不要說解決問題了。
Envia則是面對著另一種挑戰(zhàn)。研究人員似乎解決了硅電極容易分解的問題，但其解決方案在實(shí)際生產(chǎn)中顯得很不現(xiàn)實(shí)。
當(dāng)Envia一開始在2012年宣布其新技術(shù)的時候，這家初創(chuàng)公司似乎找到了讓這些實(shí)驗性材料正常運(yùn)作的方法。Envia開發(fā)出了生產(chǎn)成本更低的硅電極，并且通過不斷測試找到了穩(wěn)定阿貢國家實(shí)驗室那邊新材料電壓的方法。
Envia的聯(lián)合創(chuàng)始人蘇基特·庫瑪爾認(rèn)為解決方案是一種復(fù)合涂料，而事實(shí)上他自己也不清楚這種復(fù)合涂料為什么能夠成功將電壓穩(wěn)定下來。但作為一個資金有限的初創(chuàng)公司，Envia并沒有相應(yīng)的設(shè)備研究整個穩(wěn)定過程，搞明白背后的運(yùn)作機(jī)制。
不過，當(dāng)Envia的開發(fā)成果無法得到復(fù)制的時候，搞明白這個過程變得至關(guān)重要。就如之前提到的，在電池上的一絲改動都會對整體性能造成重大的影響，而Envia搞明白的事實(shí)，僅僅只是其供應(yīng)商提供的一種復(fù)合涂料能夠讓自己的電池穩(wěn)定下來。
Envia的故事和新能源汽車電池領(lǐng)域真正的重大發(fā)展產(chǎn)生了強(qiáng)烈對比。新能源汽車電池真正的重大進(jìn)步讓電池的價格下降并提高了性能，而這一成功并不是來自于電池技術(shù)的突破性進(jìn)展，而是來自于特斯拉和電池供應(yīng)巨頭松下的合作。
從2008年開始，特斯拉的電池成本大約降到了之前的一半，而其電池性能卻提高了60%。特斯拉并沒有嘗試直接改變鋰離子電池的化學(xué)技術(shù)或者是材料，而是尋求工程設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)上的提升。同時，特斯拉與松下合作，根據(jù)其不同的車型需求，相應(yīng)改進(jìn)了現(xiàn)有電池的材料。
得益于此，特斯拉也實(shí)現(xiàn)了自己的承諾，在2017年之前推出了擁有200英里續(xù)航里程、價格定在3.5萬美元的Model 3。而在這之前，美國通用汽車曾希望通過Envia的技術(shù)達(dá)到相似的性能。
汽車公司一年會售出數(shù)以萬計的電動車，電池性能的提升對于低端車型無疑是福音。但是，200英里的續(xù)航里程依然趕不上傳統(tǒng)汽油汽車動輒350英里以上的里程，3.5萬美元的定價依舊比普通小型汽油車平均1.5萬美元的定價要高得多。
顯而易見，新能源汽車電池行業(yè)并不是一個對初創(chuàng)公司友好的領(lǐng)域。在2012年破產(chǎn)的初創(chuàng)公司A123 Systems的前高管Andy Chu就認(rèn)為電池行業(yè)被大公司所壟斷：“能源儲存是巨頭們的游戲，畢竟小小的一塊電池，有太多出錯的可能。我當(dāng)然希望追求創(chuàng)新的初創(chuàng)公司能夠成功，但是看看這幾年來的發(fā)展，情況并不好。”
據(jù)報道，松下也將在中國江蘇興建一座動力電池工廠，投資數(shù)億美元，把特斯拉的“特供電池”徹底帶來中國，這無疑會為整個中國新能源汽車市場的現(xiàn)狀帶來巨大的變化，這也讓我們期待，中國是否也會出現(xiàn)特斯拉這樣的新能源汽車巨頭。
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