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                        時間都去哪兒了:電池技術10年無突破


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                         石墨負極,硅負極,金屬負極,材料學家在鋰電池革新上可謂“無所不用其極”,元素周期表幾乎全數被塞進這個神秘曲奇,解決一切問題的新型陰極材料頻繁見諸媒體頭條;能量密度更高,充電速度更快,單位成本更低,循環次數更多……論文天天發,投資疊疊加,可產品呢?

                        自認為無需作答,每個讀者手上都有蘋果,安卓或WP,為什么當年1200mAh的諾基亞輕松待機1周,現而今3000mAh不忘清后臺,殺進程,戰戰兢兢頂多勉強兩天?還有某表18小時的“all-day battery”(全天續航)也是醉了。同時別忘記,當年的諾記N95使用的德儀OMAP 2420那是90nm制程,當今的主流高通驍龍怎么也是28nm了吧,按照英特爾的“滴答”戰略,“煎蛋龍”領先老大哥至少3代,那節能效率上的數據還要掏計算器么?話說回來,就算現在移動處理器是高頻高核數,屏幕是高分高密度:

                        請問,革命性的量產電池在哪兒?

                         

                         

                         

                        研究人員使用X光觀察試驗電池的工作狀態

                        電動汽車,好東西。用老祖宗的話說,靜若處子,動若脫兔。實話說P85D百公里3.2s的性能,含稅預估不到110萬的價格,要說特斯拉不厚道那是真違心。再加上零排放的環保光環加持,旗艦級互聯網大佬們的站臺,為何市場還是無法啵兒起?車云菌從不拐彎抹角,一向簡明扼要:電池太貴,充電太頻!

                        10年過往,太多的“專利技術”放話要顛覆電池行業,繼而前赴后繼的不知所蹤。就算是當年技術+資金都不是事兒的A123,股價也在3年之內從25美金跌至37美分,無奈之下作價賣給了魯冠球。

                        接下來是一個意味深長的故事。

                        2012年2月,華盛頓DC,一場新能源學術會議,蓋茨和克林頓的大名吸引了慕名而來的大批行研,投資人和企業家,還有大名鼎鼎的ARPA-E,美國高端能源項目研究署。署長Arun Majumdar在現場友好而熱烈的氣氛中宣布了其任上第一個落地的大項目:創業公司Envia研發的雙倍能量密度新電芯。Arun表示一次充電可從華盛頓直接開到紐約的汽車電池成本可從3萬美金降至1.5萬,圍觀群眾反響熱烈,紛紛表示都將購買棒呆的電動車。

                        很快,Envia獲得通用汽車(GM)的青睞,雙方簽署合作計劃,后者出資支持其研究,計劃讓這種新電芯在自家電動車上大放異彩。記者Steve LeVine在他的著作《The Powerhouse》中這樣評價:這筆交易給Envia帶來數以億計的潛在業務。但好景不長,GM的電池專家發現自己無法重現Envia的實驗結果,Envia的革命性電池產品就此Duang掉。

                        鋰離子電池,上世紀70年代末發明,90年代大規模商業化。這種電池依靠鋰離子在正負極之間移動來產生電流,輕便高效,便攜式電子產品因此大規模轉型;但電動車上搭載鋰離子電池卻是近幾年的事。同在90年代,GM的電動車EV-1使用的是老掉牙的鉛酸電池,600公斤的電池充滿后卻只提供80到150公里的續航。2008年特斯拉在自家第一款產品中引入了鋰離子電池,提供400公里的續航能力(幾乎3倍于當年的EV-1),然而整車售價達到了10萬美金,這貨到底貴在哪兒?用腳趾頭都想得通。話雖如此,那屌絲們怎么辦?日產和GM使用了小電池組的產品自然要廉價很多,當然續航里程也同時大打折扣咯,幾乎都沒能超過160公里。無語,依然10年前的水準。

                        電池這么個小玩意兒,技術難度到底在哪兒?

                        但別看它不起眼,如果要動它哪怕一分一毫,假設只是一個電極換成新材料,沒有經年累月的測試,也沒人敢打包票。

                        LeVine在他的書中描述了當年Envia的窘境。2006年Envia從阿貢國家實驗室弄到一種牛X的新材料,熱乎勁兒還沒過,問題出現了,掏腰包的大佬們稱之為“毀滅因子”:時間一長,新電池的電壓就變得極不穩定——廢了。阿貢實驗室的技術人員日夜攻關也沒能給出個像樣的說法,實際上這幾位磚家對新材料的物理和化學特性還不夠了解,這種情況下盲目入手顯然也是醉了。

                        Envia顯然不打算放棄,基于硅材料加工的電極又被開發出來,但這次他們又遇到問題:新電極不太結實,眨眼間四分五裂。這次磚家們為了保住飯碗,星夜兼程總算是解決了問題,然而……解決方案實在是過于復雜,根本不可能在量產中實施。

                        時間快進到2012年,Envia公司信心滿滿的參與了華盛頓的那場大會,因為他們完美解決了之前兩種材料的問題:新的硅電極加工起來很便宜,而來自阿貢實驗室的牛X材料被一種新的涂層包裹,穩定了電池的輸出。“Envia終于明白問題是出在了涂層上,”LeVine在書中說道,“但他們一直沒有確定涂層的組分,也不清楚為什么涂層能夠解決問題。”但Envia只是一家創業公司,限于資金壓力,他們沒有設備來搞清楚這一點。之后大家都知道了,GM提出Envia的實驗結果無法復現,那么涂層問題再次成為關鍵:材料組分上的細微變化足以造成性能上的天差地別。戲劇性的是,Envia振奮人心的材料突破,其實得益于不靠譜的供應商導致的原料污染。都說失敗是成功他老娘,話糙理不糙,可成功總覺著自己是孤兒,這事兒就變得不那么勵志了。

                        相比Envia,特斯拉和松下公司在電池上的革新顯得靠譜很多。自2008年至今,Tesla的電池組成本砍掉近一半,而儲能效率驚人的提升了近60%。特斯拉聰明就聰明在自己不玩化學的玩意兒,而是在工程學和生產工藝上動腦筋,電池材料上的改進則依賴于松下,老話說得好,聞道有先后,術業有專攻,如是而已。

                        特斯拉Model S電池組

                        據此,特斯拉放話說2017年將會上市Model 3,續航超320公里,售價卻“低至”3.5萬美金;當然,預期銷量也從目前的每年幾萬臺上調到數十萬臺。目前全球每年汽車銷量約六千萬臺,如果一大半是電動汽車的話,恐怕光靠男神Musk的顏值不足以解決問題——電池性能還需努力。畢竟輕松續航600公里的汽油車妥妥鄙視320公里的純電小兄弟,而且10萬人民幣的汽油車也算有里有面兒,22萬(3.5萬美金)的電動車要說人手一輛,就算美帝群眾也得掂量掂量吧。

                        那么問題來了,電池性能如何進一步提升?特斯拉的保守治療方案能一直起作用么?竊以為Envia的大躍進也不見得完全不可取,只是做科研容不得半點馬虎,再加上專業的工程和制造團隊,則革命成功也許指日可待。近期的電池領域研究顯示,材料組分對電池性能的影響已經被量化,這意味著尋找電壓和儲能的極限不再是癡人說夢。

                        Andy Chu,破產于2012年的A123前高管,說了這番意味深長的話:“為何電池行業的玩家都是大佬?說白了電池這貨復雜度超出你想象。我個人希望創業公司能在這個領域干出一番事業,但縱觀行業古今,小玩家的前景恐怕不容樂觀。”

                         

                         

                         

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