在今年的上海國際車展上，環(huán)保和智能成為一大亮點。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。
獨立能源數(shù)據(jù)調查機構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。
中國消費者的需求非?，F(xiàn)實，對新能源汽車在生活上的作用有非常清晰的定位。畢馬威的調查數(shù)據(jù)顯示，大多數(shù)消費者只會在日常通勤的使用場景中駕駛電動車，有70%的調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燃機的傳統(tǒng)汽車更加經濟實惠、環(huán)保。政府補貼也是消費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為，與免費牌照等優(yōu)惠政策相比，更低的保養(yǎng)費用以及環(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是他們主要擔心的地方，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自行充電。
超過75%的調查對象提到他們對新能源汽車的續(xù)航里程預期是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，還在觀望的消費者則有73%能夠接受四小時的充電時間。
其實，新能源汽車并不缺更好的電池技術，只是遲遲沒有更好的電池成品。
我們有了更好的電池技術，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構負責人，艾倫·威廉斯，告訴《衛(wèi)報》，“我們在電池技術方面獲得了突破性的進展。”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。
事實上，有數(shù)個初創(chuàng)公司已經接近開發(fā)出更經濟、安全、穩(wěn)定而且能量密度高的能量儲存設備，這些設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)運行，讓太陽能或者是風能發(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，目前電動車產業(yè)陷入了提高鋰離子電池技術的遲緩進程，還沒有出現(xiàn)質的提升。
許多研究者認為，在未來能量儲存會有新的化學和物理形態(tài)，將超越鋰離子電池這個稱霸了消費性電子產品和電動車市場，以及電網規(guī)模的能量儲存應用長達十年的技術。
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。這個長達近十年的開發(fā)過程也展示出了電池技術開發(fā)的一大障礙。“對于電池類產品來說，從概念到產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雜的問題：相關的技術太多，從泡沫電池，到流體電池、甚至是其它化學形態(tài)的電池，都有各自獨特的優(yōu)點，并沒有說哪一項技術受到更多的投資。
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的小規(guī)模電池生產線會耗費5億美元”，加州大學伯里克里的材料科學教授戈爾德·賽德說到，戈爾德·賽德帶領的團隊負責研究新型電池的化學技術。他指出汽車廠商在做出任何電池采購決定之前，都需要經過好幾年的測試。畢竟，當公司一年只有500萬美元資金的時候，可不是隨隨便便就能投500萬美元到生產上的。
即便是電池制造商研發(fā)出了新的電池技術并將其推向市場，他們也會發(fā)現(xiàn)其實很難找到買家并將其投入生產。
Leyden Energy和A123 Systems都開發(fā)出了潛力十足的新電池技術，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，在實現(xiàn)大規(guī)模生產和盈利之前也都被以低于投資者早期預期的價格收購。
同時，電池三巨頭，三星、LG和松下，更多的是想要在現(xiàn)有的產品上做出改進，而不是開發(fā)新的電池技術。同時，致力于新電池技術的初創(chuàng)公司們也要面對一個它們不愿提起的現(xiàn)實：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)公司已經開發(fā)出了新的電池技術，其中一項重大新電池技術最早于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的重要性。同時，這場發(fā)布會也是說動高級能源研究機構從而獲得投資的機會。
美國能源部高級能源研究機構創(chuàng)立于2009年，一直承擔著尋找潛在革命性研究的任務。高級能源研究機構的負責人阿倫·馬宗達當時迫不及待地宣布了一項重大進展：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，并簽署了協(xié)議支持技術的進一步發(fā)展，獲得了使用所有電池成品的權力。這個交易本應讓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制Envia的成果。在新技術宣布一年后，協(xié)議就黃了。Envia讓人印象深刻的電池出師未捷身先死。
Envia的實例活生生地給我們展示了新電池技術為什么那么難以實現(xiàn)，以及初創(chuàng)公司在獲得了足以改變世界的技術后所經歷的困難。在過去的十年間，我們看了太多的突破性進展，但這些進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，也就產生了電流。鋰離子電池很輕，而且性能強大，讓便攜電子設備成為現(xiàn)實。但鋰離子電池也只是在近期才應用在電動車上。
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10萬美元。為了降低成本，日產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。
更好的電池技術開發(fā)難度高。即便是采用一種新的電極，都會帶來無法預知的問題，而這些問題需要長達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構和風險投資人眼前一亮，Envia一下子就應用了兩種實驗性的電極材料。
在2006年，Envia向美國阿貢國家實驗室獲取了一項很有潛力的材料技術。但緊接著問題出現(xiàn)了，用這項技術開發(fā)出來的電池電壓變化無常，讓其無法應用在實際場景中。阿貢國家實驗室的研究人員調查了出現(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屬性并沒有足夠的了解，也無法找出導致問題的原因，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，但其解決方案在實際生產中顯得很不現(xiàn)實。
當Envia一開始在2012年宣布其新技術的時候，這家初創(chuàng)公司似乎找到了讓這些實驗性材料正常運作的方法。Envia開發(fā)出了生產成本更低的硅電極，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·庫瑪爾認為解決方案是一種復合涂料，而事實上他自己也不清楚這種復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并沒有相應的設備研究整個穩(wěn)定過程，搞明白背后的運作機制。
不過，當Envia的開發(fā)成果無法得到復制的時候，搞明白這個過程變得至關重要。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，僅僅只是其供應商提供的一種復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域真正的重大發(fā)展產生了強烈對比。新能源汽車電池真正的重大進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的突破性進展，而是來自于特斯拉和電池供應巨頭松下的合作。
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技術或者是材料，而是尋求工程設計和生產技術上的提升。同時，特斯拉與松下合作，根據(jù)其不同的車型需求，相應改進了現(xiàn)有電池的材料。
得益于此，特斯拉也實現(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的技術達到相似的性能。
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)公司友好的領域。在2012年破產的初創(chuàng)公司A123 Systems的前高管Andy Chu就認為電池行業(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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