8月11日在比利時布呂熱萊特拍攝的天堂動物園光伏停車場

　　不同化學元素之間的碰撞不斷打開新的能量世界，全固態電池、鈉離子電池、氫燃料電池……為了競爭未來市場主導權，各國企業已開始了新一輪競速。

《環球》雜志記者/韓嘯

　　稀有金屬鋰被廣泛用于生産新能源汽車的可充式電池。隨著全球范圍內電動汽車全面增産，鋰電池的市場需求急劇增加，原材料鋰金屬價格也水漲船高——9月，1噸電池級碳酸鋰的價格直逼15萬元人民幣，是去年同期的3倍左右。

　　鋰資源在地殼中儲量僅為0.002%，電池産業未來發展面臨著資源約束的現實問題。更嚴峻的是，鋰電池爆炸事件在全球屢見不鮮，讓當前車載電池的安全性備受質疑。

　　傳統鋰電池之外，誰能掌握新一代電池技術？不同化學元素之間的碰撞不斷打開新的能量世界，全固態電池、鈉離子電池、氫燃料電池……為了競爭未來市場主導權，各國企業已開始了新一輪競速。

後“鋰”時代

　　傳統鋰電池技術的安全性一直為人詬病。據《日本經濟新聞》近日報道，由韓國LG化學提供電池的美國通用汽車公司大規模召回了幾種主力車型，預計最近一起召回事件造成的損失超過9億美元。此前，因儲能鋰電池存在過熱風險、可能引發火災或冒煙，LG化學決定主動召回2017年1月至2019年3月所出售的儲能鋰電池産品，損失慘重。

　　迫切壓力之下，一種被稱為“後鋰電池”的全固態電池走進各國車企視野。

　　全固態電池使用固體材料作為傳輸電的鋰離子來回移動的電解質，與使用電解液的鋰電池相比，不易發生短路，起火等風險較小。

　　值得注意的是，在科研領域，全固態電池技術已迎來進一步突破。美國休斯敦大學科研團隊7月發表的報告稱，通過溶劑輔助過程來改變電極微結構，可以將有機基固態鋰電池的能量密度提高至以前的2倍。純電動汽車的續航裏程也將隨之延長至此前的2倍。

　　數據顯示，固態電池技術市場參與者已超過20家，包括大眾、豐田、本田、寶馬、松下等，其中日本豐田汽車以900余件全固態電池相關國際專利遙遙領先于世界其他車企。

　　9月7日，在豐田汽車召開的“豐田電池研發·供應”説明會上，首席技術官前田昌彥表示，該企業計劃將全固態電池用于混合動力車型，2025年前後開始生産固態電池。去年6月，由豐田制造的搭載全固態電池的電動車在測試路線上進行了行駛試驗。

　　德國車企也正加緊推進全固態電池産業化進程。大眾汽車與位于美國硅谷的固態電池領軍企業量子科技公司（QuantumScape）合作，承諾向後者投資3億美元，並與其成立了一家合資企業，用于電池的商業化生産。寶馬和福特則從2017年開始與美國初創企業Soild Power合作開發固態電池。據悉，寶馬計劃于2022年採購測試用電池，2025年之前開始對配備全固態電池的車輛進行路測。

　　中國兩大電池生産巨頭比亞迪和寧德時代也加入了固態電池競爭行列。2021年初，中國國家智慧財産權局公布了比亞迪的283項專利，其中涉及固態電池、電池熱管理係統等多項技術。

　　如何將固態電池配備在電動汽車上？中國電動車制造商上海蔚來的表現頗為亮眼。今年1月9日，蔚來汽車在其一年一度的NIO Day（蔚來日）上發布了一款固態電池包産品，能量密度達360Wh/kg，預計將于2022年第四季度正式推出。搭載該電池包的ET7車型NEDC續航將超1000公里。

　　蔚來汽車電池係統助理副總裁曾士哲表示，雖然表述為固態電池，但其實際上為半固態電池，仍需使用電解液和隔膜。光大證券研報顯示，全固態電池的規模化量産尚需時間，半固態電池成為液態電池向全固態電池過渡的中間産品。

“鈉”“鋰”同行

　　“電化學世界就像能量魔方，未知遠遠大于已知。”7月29日，全球最大的車載電池生産商寧德時代董事長曾毓群在一場線上發布會上如是説。

　　在這場發布會上，寧德時代推出了第一代鈉離子電池，並宣布計劃于2023年形成基本産業鏈。市場熱烈反響下，鈉離子電池緊接著迎來政策大禮包：8月25日，中國工業和信息化部發文表態，考慮將鈉離子電池納入有關發展規劃和重點科技支援計劃，盡快推動鈉離子電池全面商業化。

　　業內人士認為，繼鉛蓄電池、鋰離子電池等電化學儲能體係後，鈉離子電池開始嶄露頭角，有望推動新能源産業進一步發展和變革。

　　相較于鋰離子電池，鈉離子電池的優勢得天獨厚。鈉是地殼中儲量第6的元素，地理分布均勻、提煉簡單、成本低廉。而鋰資源儲量不到鈉的千分之一，且75%分布在美洲。各國還可以採用海水制備鈉鹽。另外，鈉元素和鋰元素屬于同一主族元素，具有相似的物理化學特性及儲存機制。寧德時代介紹，目前的鋰電池生産設備亦可以用來生産鈉電池。

　　但與此同時，鈉離子的半徑是鋰離子的約1.3倍，在電池運作過程中，嵌入和脫出都更為困難，其産業化面臨能量密度較低、迴圈壽命較短、配套供應鏈與産業鏈不完善等問題。

　　寧德時代研究院副院長黃起森介紹，第一代鈉離子電池單體能量密度達160Wh/kg，高于行業平均水準的120~140Wh/kg，屬于目前全球最高水準；在常溫下充電15分鐘內電量可達80%，零下20℃低溫環境下仍有90%以上放電保持率；係統整合效率達80%以上，熱穩定性表現優異；依托能讓鈉離子快速通行、具有獨特孔隙結構的新材料，充放電迴圈可達3000次。

　　“第一代鈉離子電池在低溫性能和快充方面具有明顯優勢，特別是在高寒地區擁有高功率應用場景。”黃起森説。

　　為了彌補鈉離子電池在現階段的能量密度短板，發揮高功率低溫性能優勢，寧德時代開發出AB電池解決方案，實現鈉離子電池與鋰離子電池整合混合。黃起森透露，隨著後續技術改進，寧德時代下一代鈉離子電池能量密度將突破200Wh/kg。

　　“鈉離子電池與鋰離子電池相互相容互補。”曾毓群説，“各具優勢的化學材料體係能滿足多元的電池市場應用場景。”

　　光大證券預計，2025年中國鈉離子電池潛在應用場景的需求量為123吉瓦時（GWh），以磷酸鐵鋰電池價格計量，對應約537億元人民幣的市場空間。

　　相對于鋰資源的稀缺，另一種稀有金屬鈷的不均衡分布問題更為顯著。美國地質調查局2020年數據顯示，目前探明的全球鈷資源儲量僅為692萬噸，分布高度集中，且不可再生。2020年，全球約70%的鈷産量來自剛果民主共和國。

　　作為動力電池的基本原料，鈷資源成本高昂、産能不確定，因此無鈷電池技術成為各國車企攻堅的重要方向。值得關注的是，全球首款無鈷電池日前正式走出實驗室。

　　7月29日，中國民營車企長城旗下的蜂巢能源在江蘇舉行無鈷電池量産下線儀式，該企業成為全球首家突破無鈷電池技術難關並實現量産的動力電池企業。8月末，蜂巢能源在成都國際車展上宣布，無鈷電池包正式搭載長城歐拉首款SUV車型櫻桃貓，實現量産裝車。

　　“無鈷電池的量産，將幫助全球尤其是中國動力電池行業擺脫對鈷資源的長期依賴，避免其掣肘新能源汽車規模化發展。”蜂巢能源董事長、首席執行官楊紅新指出，“去鈷”還將幫助需要使用動力電池的新能源車企等大幅降低運營成本。

“氫”進萬家

　　在眾多車載動力電池技術各放異彩之時，還有另一條完全不同的技術道路——氫能：有人視之為真正的“綠色能源”，有人卻不置可否。

　　作為一種介于化石能源和新能源之間的新能源，氫氣制造工藝多、燃燒熱值高，而且沒有污染物排放。氫燃料汽車的優勢也更加突出：氫燃料電池不受寒冷天氣影響，續航能力強、補能快。但是，氫燃料電池制造、氫氣生産及儲存成本過高等因素一直制約著氫燃料汽車商業化之路。

　　面對未知的新能源世界，一些車企正在這條荊棘之路上跋涉。9月6日，在德國慕尼黑首屆國際汽車及智慧出行博覽會上，德國寶馬推出一款氫燃料電池車，並計劃于2022年實現小規模生産，這在一眾純電動車中格外醒目。這款車型可通過加氫發電，配有6千克容量的儲氫罐，加氫過程僅需3~4分鐘。

　　韓國現代汽車集團幾乎同一時間宣布氫燃料電池新動作。9月7日，在氫之日Hydrogen Wave全球線上發布會上，該企業表示，預計到2030年實現氫燃料電池車的價格和純電動汽車相當，經過在該領域20余年研發，氫燃料電池係統的成本已降低近98%。

　　現代汽車集團執行副總裁兼燃料電池業務負責人金世勳透露，該集團正在研發第三代氫燃料電池係統，擁有更長續航能力、價格降低50%以上，這一技術升級正是實現2030年氫燃料電池車在價格競爭力上媲美純電動車目標的關鍵。

　　金世勳説，現代集團計劃于2023年將此技術推向市場，而且將從商用車領域開始著手，向全球市場推出氫燃料電池和純電動的客車、重卡等全種類新型商用車，在2028年率先成為全球首個旗下所有商用車型均搭載氫燃料電池係統的汽車廠商。

　　在現代集團、豐田汽車等車企的計劃中，進一步布局氫燃料電池生産銷售産業鏈是重要一環。今年3月，現代集團在廣州成立了中國首家大型氫燃料電池係統生産專用工廠“HTWO廣州”，預計2022年下半年竣工。去年6月，豐田與一汽、東風等企業合資成立豐田在海外的首家氫燃料電池係統研發公司。

　　全球新興能源市場調研機構SNE Research數據顯示，今年1~7月全球氫燃料電池汽車登記量突破1萬輛，現代汽車銷量位居第一，獨攬半壁江山。從市場份額來看，得益于今年1月推出的NEXO表現強勁，現代汽車以51.2%的份額位居第一，豐田（40.1%）和本田（1.6%）緊隨其後。

　　中國科學技術部副部長相裏斌在“第三屆世界新能源汽車大會”上表示，氫能是實現交通領域特別是重型商用車深度脫碳的重要方向，中國將針對行業重點，突破燃料電池産業化面臨的壽命、成本、可靠性等難題，協同開展氫能全鏈條技術攻關，著力解決綠氫制取、儲存和遠距離運輸的問題。

來源：2021年10月20日出版的《環球》雜志 第21期

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