目前,電子用品市場上應用最廣泛的是鋰離子電池,特斯拉產(chǎn)品也用這種電池。鋰離子電池屬于二次電池,可以重復使用。
1991年,索尼公司推出第一塊商品化鋰離子電池,并帶來電池工業(yè)的一次革命。鋰離子電池首先進入手機、數(shù)碼相機等消費類電子產(chǎn)品市場,沒用幾年時間就一統(tǒng)天下,將鎳鎘電池、鎳氫電池等逐出市場。
其實,二次電池領域也是一個大家族,有鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鈉硫電池、液流電池等。全球電池市場中,鉛酸電池的市場份額,在所有二次電池中仍占據(jù)絕對主導地位,不過鋰電池增勢迅猛。
2018年,鋰電池全球市場規(guī)模將比2013年增加31.7%,占整體電池市場的比重,達到三成左右。
能量密度、價格、安全、壽命、體積等是衡量電池的常用指標。黃學杰分析,電池在不同的使用環(huán)境中,側重的指標不一樣,“不同的設備中,對電池指標的注重可以協(xié)調,尤其是相互制約與矛盾的指標”。
手機電池需要在最小的尺寸里裝盡量多的能量,安全系數(shù)會低一些,消費者可以忍受高一些的價格,壽命也可以短一些,一般3年就夠;汽車用電池需要10年以上的壽命,安全系數(shù)要求更高,同時價格不能太高;在大的儲能領域,需要電池壽命達到20年以上,體積指標可以放松一些。
在上述指標中,顯示設備續(xù)航能力的電池能量密度,常常與安全性是相互矛盾的,即能量密度越高,危險性也就越大。
鋰電池的關鍵技術主要集中在正負極材料、電解質和隔膜上,材料的性能和制備工藝很大程度上決定了電池的性能。
電池技術的突破依賴基礎材料性能的提升,遺憾的是,材料鮮有重大突破。石墨烯材料被廣為看好,不過,至今沒有真正的產(chǎn)品可用。
在隔膜方面,美國與日本擁有先進隔膜生產(chǎn)的技術專利,但這些研發(fā)成果都針對小電池,尤其是在數(shù)碼產(chǎn)品、智能手機領域,對于未來的大型電動車電池、電網(wǎng)儲能電池,目前隔膜的研究思路是否適合,陳永認為仍是一個大問號。
除電池的材料之外,電池的結構常常被忽視。
陳永將電池結構的設計比作是炒菜,不同的廚師用同樣的原材料炒出來的菜,味道可能是不一樣的。“同樣的材料,采用不一樣的電池結構技術,性能就會有相當大區(qū)別?!标愑缹Α敦斀?jīng)》記者說。
安全性考慮、材料技術、電池結構技術,并不是阻礙電池無限量擴容、設備無限增大續(xù)航的全部因素,終端產(chǎn)品的設計也在掣肘電池擴容。要知道,智能手機中的很多功能沒有那么緊要,但在后臺運行時卻很耗電。
即便是特斯拉,也無法回避當前電池技術面臨的上述局限。此外當然也受成本拖累。
Powerwall目前有容量為10千瓦時與7千瓦時兩個版本,售價分別為3500美元和3000美元,相當于2.17萬元和1.86萬元左右人民幣。高昂的價格,會成為阻攔其進入尋常百姓家的門檻。
7千瓦時,基本能滿足一個中國家庭一天的常規(guī)用電量,但Powerwall想在中國遍地開發(fā),還需要研究中國的國情。陳永表示,美國和中國的國情是不一樣的,美國別墅數(shù)量眾多,都是獨家獨戶的,分布式光伏發(fā)電設備應用廣泛,Powerwall會受到青睞,中國則情況不同。