鉅大LARGE | 點擊量:1219次 | 2018年10月26日
空氣電池石墨烯遙遙無期?
有分析機構(gòu)指出,2014年上半年,我國鋰離子電池行業(yè)(包括電池、正負(fù)極材料、隔膜、電解液及專用設(shè)備等)保持穩(wěn)定發(fā)展,產(chǎn)業(yè)格局和新技術(shù)應(yīng)用均出現(xiàn)亮點,以下是2014年鋰電池格局的5大特點:
一、產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)定增長
2014年上半年鋰離子電池產(chǎn)量約145億瓦時,銷售收入約277億元,同比增長約8%。正負(fù)極材料、隔膜、電解液及關(guān)鍵設(shè)備與電池產(chǎn)量維持同步增長,銷售收入接近100億元。
二、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)總體平穩(wěn)
2014年上半年鋰離子電池產(chǎn)品仍然主要集中在消費類電子產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域,消費型鋰離子電池市場份額約為總量的87%;其次是動力型鋰離子電池(電動汽車、電動自行車、電動工具用),占比接近10%;儲能型鋰離子電池占比約3%。
三、各方投資熱情高漲
鋰離子電池行業(yè)新增投資持續(xù)增長,東部、中部地區(qū)在電池領(lǐng)域新建、擴建項目較多,正負(fù)極材料、隔膜材料等領(lǐng)域的骨干企業(yè)紛紛實施或計劃擴建,韓國三星SDI、LG化學(xué)等企業(yè)也分別在西安、南京等地加大鋰離子電池投資建廠力度。
四、動力電池增長較快
電動汽車用動力電池產(chǎn)量增長明顯,2014年上半年產(chǎn)量為8.04億瓦時,超過2013年全年的3.6億瓦時。主要原因是新能源汽車補貼政策進(jìn)一步明確,促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)銷量快速增長,上半年達(dá)到2.04萬輛(超過去年全年產(chǎn)量),帶動動力電池市場快速增長。
五、新技術(shù)應(yīng)用出現(xiàn)亮點
新技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新受到骨干企業(yè)重視。陶瓷涂層隔膜在鋰離子電池制造中得到廣泛應(yīng)用,提高了產(chǎn)品的安全性與質(zhì)量可靠性。正極材料電壓從原來的4.2V提高到4.35V乃至更高,部分材料企業(yè)已開始量產(chǎn),電池生產(chǎn)企業(yè)也開始陸續(xù)使用高電壓正極材料,電池能量密度有望普遍提高約10%左右。
預(yù)計與去年行業(yè)發(fā)展曲線類同,2014年下半年國內(nèi)鋰離子電池及關(guān)鍵材料產(chǎn)量可能出現(xiàn)跳躍式增長,行業(yè)年總產(chǎn)值有望突破1000億元。
點評:說起2014年鋰電池格局的最大特點,無疑是新奇電池技術(shù)對鋰電池造成的威脅。這些新奇技術(shù),每次出現(xiàn)大有滅掉鋰電池的氣勢。小編對此也頗感無奈,誰讓鋰電池技術(shù)十年如一日般這樣沒有“作為”呢。
鋰電池技術(shù)現(xiàn)狀
如果回顧一下蘋果公司(Apple)的iPhone或豐田(Toyota)普銳斯(Prius)混合動力車從最初型號到現(xiàn)有版本的發(fā)展過程,人們會發(fā)現(xiàn)技術(shù)行業(yè)一個常見的軌跡:性能翻倍提升,產(chǎn)品更精致,創(chuàng)造了無數(shù)就業(yè)崗位,甚至顛覆了整個行業(yè)。
例如,iPhone在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中最大的理論下載速度已從2007年“2G”iPhone的1兆字節(jié)/秒上升至如今5s型號的300兆字節(jié)/秒。其顯示屏的像素密度增加了一倍多,攝像頭已從廉價的配件轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N實用的照相工具,而且其軟件能力要比iPhone誕生之時強大太多太多。(即便是蘋果應(yīng)用商店如今也已發(fā)展到第二代了。)
同樣,豐田的普銳斯混合動力車從2000年的鄰家怪胎(以及明星彰顯其環(huán)保態(tài)度的配飾)搖身一變?yōu)槿毡竞图又葑顣充N的交通工具。當(dāng)前車型引擎的重量較最初型號輕了20%(總功率增加了20%),而且單次充電后行駛的里程更長。有人會說,沒有普銳斯,就不會有如今的特斯拉電動車(Tesla)。
然而在這些設(shè)備中,有一個組件這些年來一直沒有變化,那就是鋰離子電池。不管是在iPhone,還是普銳斯,甚至是特斯拉S車型,鋰電池用的還是1991年索尼公司(Sony)推出這一產(chǎn)品時所用的材料。當(dāng)然,這并不是說人們沒有針對這種電池進(jìn)行過創(chuàng)新。設(shè)備制造商在充電效率、冷卻和控制進(jìn)入手機、汽車、筆記本和USB元件的電流流量方面做得越來越好,但這些電池的芯卻沒有怎么換過。即便是特斯拉計劃建造的50億美元超大型電池生產(chǎn)廠生產(chǎn)的仍是(如你所料)鋰電池組。
進(jìn)一步的調(diào)查發(fā)現(xiàn),人們對于哪一種電池技術(shù)可能能夠取代鋰電池仍是眾說紛紜,甚至連這方面的謠言都是寥寥無幾。
為探究其原因,《財富》(Fortune)向致力于開發(fā)下一代電池的5名知名研究人員、一名行為經(jīng)濟學(xué)家和一名電池行業(yè)高管提出了一個簡單的問題:為什么電池技術(shù)的發(fā)展速度要比硬件慢如此之多?
接下來你便會發(fā)現(xiàn),答案的一成與化學(xué)有關(guān),一成與心理學(xué)有關(guān),而兩成則與上述問題的反問有關(guān):對于一項未經(jīng)過二十年發(fā)展的新電池技術(shù),一旦裝上汽車,誰想成為首位駕駛該車的人?
當(dāng)今的電池技術(shù):密度大、發(fā)熱量大、問題多
鋰離子電池技術(shù)在很多方面都是移動電源的主力軍。
鋰的原子量是3,如果你還記得中學(xué)化學(xué)的話,這意味著它有三個質(zhì)子,非常輕,是除了氫和氦之外單位體積可填充密度最高的元素。芝加哥伊利諾伊州理工大學(xué)(IllinoisInstituteofTechnology)物理學(xué)教授卡洛·塞格雷表示,鋰的物理量為化學(xué)家們所熟知,我們幾乎掌握了鋰離子在電池中流動的方式。
塞格雷說,“我認(rèn)為歸根結(jié)底,鋰如此好的原因在于,它非常輕,而且能夠輕易地穿透隔離膜。而且其產(chǎn)生的電壓是已知材料中最高的之一?!?br/>
鋰并不是鋰電池里的唯一材料,其中還混有錳(個人電子產(chǎn)品和交通工具)、磷酸鐵(高強度工作)和其他金屬。為了產(chǎn)生電壓,這種混合物會流經(jīng)另一種材料:石墨、鈦溶液、硅和不同形式的碳(依情況而定)。對于大多數(shù)在相對安全的環(huán)境中所使用的非工業(yè)設(shè)備來說,流經(jīng)石墨的是鋰錳氧化物,因為這種材料價格低廉,相對安全,而且密度高。
但是這一老產(chǎn)品也存在一些問題。這一進(jìn)程會在一個高密度空間內(nèi)產(chǎn)生熱量,需要采取一些冷卻措施。(例如,與特斯拉車身長度相當(dāng)?shù)囊簯B(tài)冷卻設(shè)備擔(dān)負(fù)了大量的冷卻工作。)傳導(dǎo)鋰離子的電解液增加了電池的重量。電芯的容量在一段時間后就會下降。充電會讓鋰離子回流,但這一進(jìn)程可以更快一些。充滿電解質(zhì)的高密度鋰電池在發(fā)熱量超過一定程度之后有時會爆漿或爆炸,雖然這一情況很少見。
今后我們可能會使用空氣
IBM研究院(IBMResearch)科技部主任錢德拉塞卡爾·納拉延是電池500項目(Battery500Project)的成員。該項目的目標(biāo)是,開發(fā)能夠提供行駛500英里路程所需電量的電池。IBM公司自身并不會生產(chǎn)電池,而是與消費類產(chǎn)品制造商開展合作,將這一技術(shù)帶到現(xiàn)實中。
經(jīng)過多年的努力之后,納拉延看到了鋰-空氣技術(shù)的前景,即用汽車自身補給的氧氣取代石墨和其他的金屬。這類電池可以變得更輕,更安全,而且供電時間也更長。但是研發(fā)新的混合物,將它們制成新材料,并檢測其在數(shù)千輛汽車上的安全性,需要花費非常漫長的時間。
納拉延說:“目前沒有一個指導(dǎo)性原則顯示,我們能夠年復(fù)一年地獲得進(jìn)步,也沒有捷徑可以走。要得到這種范式,唯有創(chuàng)建一種全新的化學(xué)反應(yīng),而這一點并非創(chuàng)新所能企及的?!?br/>
當(dāng)前,鋰-空氣電池必須克服堵塞、內(nèi)部腐蝕和穩(wěn)定性問題。即便空氣電池能夠順利地演變?yōu)橐环N可行產(chǎn)品,納拉延認(rèn)為,在今后,電池技術(shù)將不再是“通用型”。“例如,對于電網(wǎng)存儲來說,它或許不是什么好技術(shù)。尤其是有尺寸要求的行業(yè),我們或許很快將看到多種多樣的電池類型。”
當(dāng)前我們能做些什么:降低價格
凱特林大學(xué)(KetteringUniversity)的凱文·白和周軒(音譯)在實驗室中從事電池行業(yè)研究,但他們的談吐更像是買車人而不是實驗室的書呆子。周軒表示,現(xiàn)今的混合動力車存在多方面的優(yōu)缺點。
周軒說:“目前,混合動力的售價是每千瓦時500-600美元,但合理的價格應(yīng)該是200美元。而且冷卻系統(tǒng)的價格跟電池的價格是差不多的。如果汽車需要6,000美元的電池,那么就需要6,000美元的冷卻系統(tǒng)?!贝送猓瑒P文·白指出,這類電池的體積蠶食了本應(yīng)屬于后備箱或乘坐的空間。兩位科學(xué)家也認(rèn)為,電動汽車不應(yīng)給人們帶來沉重的財務(wù)負(fù)擔(dān)。
但是誰也不知道,哪些現(xiàn)有材料才能構(gòu)造出最安全、發(fā)熱量最低和重量最輕的電池混合材料,而且其價格要比現(xiàn)有的產(chǎn)品便宜。
現(xiàn)今在助聽領(lǐng)域使用的鋅-空氣電池重新激起了人們的興趣,而且尤為重要的一點在于,鋅很容易獲取。鈉-空氣電池也是一樣,成本更低,而且組裝起來更容易,只是潛在功率趕不上鋰-空氣電池。人們還嘗試過用硅來取代石墨和固體碳,但是硅并不便宜?;蛘?,我們可以只專注于改善實驗室和摩托車使用的鋰-鐵電池的成本和性能。
凱文·白表示,建造更大規(guī)模的電池廠、開發(fā)更好的電池管理工具以及更加智能的充電電網(wǎng)在很多方面要比等待一兩項新化合物獲得成功更為實在。
凱文·白說:“我們實際上離使用全新電池的交通工具還很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)。只有在新材料經(jīng)過10年的測試之后,汽車行業(yè)才能放心使用新材料?!彼硎?,人們至少要等到2020年才能看見使用鋅-空氣電池的四輪車輛,然后,人們需要更長的時間才能看到這一電池技術(shù)的成熟。
未來我們能做什么:納米工程材料
德克薩斯農(nóng)工大學(xué)(A&MUniversity)教授、美國機械工程師協(xié)會(AmericanSocietyofMechanicalEngineers)能源和可持續(xù)性納米工程小組成員帕沙·穆克荷吉表示,現(xiàn)在還沒到放棄鋰離子電池的時候。我們可能仍會用它,但它將與我們在實驗室中獲得新能力的材料混合使用。
納米工程師可能會對電池材料的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究,以加速電池單元電壓的產(chǎn)生速度,并提升其轉(zhuǎn)換效率。電解質(zhì)攜帶鋰離子的方式可能會發(fā)生改變,以杜絕“交通擁堵現(xiàn)象”,并縮短充電時間。人們可能會設(shè)計出更薄、更強大但伸縮依然自如的電池膜,這樣,即便電池受熱膨脹,也不會爆漿。或者一心一意開發(fā)能夠比碳、空氣或任何已知材料吸附更多鋰離子的材料。
穆克荷吉說:“我們需要詢問的最根本的問題在于,‘是否可以從頭再來?’。這就是必須解決的中尺度模型。我們是否能增加材料的寬容度,以滿足我們對于電池的訴求?”
與此同時:著眼于長遠(yuǎn)
一年前,伊利諾伊理工大學(xué)的塞格雷從美國能源部獲得了340萬美元的獎金,用于開發(fā)汽車用“流體電池”。流體電池將其活性化合物儲存在外部儲罐中,然后流經(jīng)電池結(jié)構(gòu)內(nèi)部。塞格雷的工作專注于開發(fā)具有足夠活性和能量的液體介質(zhì),以抵消液體的重量劣勢。
流體電池或許可以應(yīng)用于汽車和電網(wǎng),但卻無法適用于手機或筆記本。與其他的研究人員一樣,塞格雷深知,這將是一個漫長的實驗過程,除非研究人員能夠在偶然間發(fā)現(xiàn)幾種能用于電池的不同材料組合。與此同時,“對于大多數(shù)人來說,這是一件尤為痛苦的事情,因為幾年過后,電量沒了,容量也下降了,然而電池供電的電子產(chǎn)品卻在不斷前進(jìn)。”
過去幾十年中,我們一直生活在摩爾定律(Moore'sLaw)當(dāng)中。根據(jù)該定律,處理器中的晶體管數(shù)量每兩年會翻一番,而這也說明了技術(shù)進(jìn)步的穩(wěn)定性。我們目前所面臨的局勢是,晶體管尺寸已接近原子水平,芯片無法容納更多的處理器,而且我們對設(shè)備中一成不變的電池感到不滿。
換句話來說,物理中是沒有應(yīng)用程序的。金門大學(xué)(GoldenGateUniversity)市場營銷教授米蓋爾·安·斯特拉赫維茨表示,這對于深諳技術(shù)的消費者來說可能有點難以接受,因為他們已經(jīng)習(xí)慣了電子設(shè)備每一部件都會定期改良。
斯特拉赫維茨說:“適應(yīng)升級很容易,得到的升級越多,對進(jìn)一步升級的期望也就越大。在這個電子產(chǎn)品越來越好,性能越來越高的世界中,我們覺得這是我們應(yīng)享有的權(quán)利。我們會問,‘為什么電池不能變得更好呢?’”
點評:為什么電池不能變得更好?為什么至今仍然沒有出現(xiàn)一種電池能夠完美取代鋰電池?業(yè)界與消費者們都曾經(jīng)發(fā)出過這樣的疑問與抱怨。也由于對鋰電池的失望,我們將希望寄托在別的電池身上,就如石墨烯電池與鋁空氣電池近期就受到資本市場的熱烈追捧,不明真相的消費者們也對這兩種電池抱有期待,小編接下來估計要讓大家失望了,因為接下來就要來說說,被資本市場熱炒的石墨烯與鋁空氣電池,中國玩不起。
石墨烯/鋁空氣電池炒作中國經(jīng)濟玩不起?
從納米材料到稀土材料,從氫燃料電池到鋁空氣電池,從三元鋰到石墨烯,諸如此類的高科技、新概念名詞,往往帶著看似風(fēng)光無限的前景,從大洋彼岸席卷而來。盡管這些新產(chǎn)品也許只是存在于某個實驗室的原始模型或初級產(chǎn)品,盡管這些新概念可能只是存在于科技雜志的一篇創(chuàng)新論文或前瞻性報道,盡管不少新技術(shù)目前距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化開發(fā)尚有不小的距離,但是并不妨礙它們成為炒作熱點。
資本不會放過任何可能獲利的機會,這些熱炒的科技名詞一次次讓資本市場興奮,相關(guān)概念股票動輒以連續(xù)漲停板作為回應(yīng)。也許,不少人還不完全清楚這些科技名詞的真正含義,但是一樣可以在資本市場賺個盆滿缽滿。
如今,這種科技概念的炒作,大有愈演愈烈之勢,其范圍也逐漸從資本市場向?qū)嶓w經(jīng)濟轉(zhuǎn)移。諸如光伏、稀土、石墨、鋰電等,一時間,山雨欲來風(fēng)滿樓。不少業(yè)內(nèi)企業(yè)摩拳擦掌,也想在這場科技盛宴中分一杯羹。
對于資本市場的炒作,不論是炒家別有用心、利用消息,還是散戶趨之若鶩、趁勢跟進(jìn),或者企業(yè)放煙霧彈、一博眼球,都是資本逐利的本性使然。但是,當(dāng)這種炒概念的游戲開始向?qū)嶓w經(jīng)濟轉(zhuǎn)移時,卻不得不引起我們的重視。
筆者所言并非危言聳聽。事實上,諸如新能源、低碳產(chǎn)業(yè)、環(huán)保產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域,不少企業(yè)動輒冠以高科技之名,搞的卻是低水平重復(fù)建設(shè),甚至是空手套白狼,僅僅是利用科技概念撈一把,以實現(xiàn)跑馬圈地、關(guān)聯(lián)交易、投機獲利的目的。高科技的光環(huán),讓這些項目和企業(yè)成為地方政府的政績,也讓他們獲得了大量的優(yōu)惠政策和便利條件。有些地方政府一聽上馬的是高科技項目,大筆一揮,大批資源、土地、投資如數(shù)奉上,本想和企業(yè)一起名利雙收,但是結(jié)果卻往往并不盡如人意。
當(dāng)潮水退去,才能知道誰在裸泳??萍几拍?、新興產(chǎn)業(yè)不一定就是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的動力。君不見,我國曾經(jīng)遍地上馬光伏項目,最終卻尸橫遍野,大到無錫尚德,也難逃破產(chǎn)清算命運;而上游不少有機硅加工企業(yè),更是無視環(huán)保法規(guī),生產(chǎn)場地漫天煙霧,不少工人因此罹患塵肺病。君不見,我國大批企業(yè)投身稀土材料開發(fā)產(chǎn)業(yè),生產(chǎn)的高端產(chǎn)品屈指可數(shù),有人打著高科技旗號,干的卻是亂采濫挖、低價出口的勾當(dāng)。君不見,部分地區(qū)大力發(fā)展石墨產(chǎn)業(yè),美其名曰資源高效利用,最終卻把污染留在了當(dāng)?shù)?。凡此種種,不勝枚舉。
究其原因,這些企業(yè)一沒有過硬的核心技術(shù),二沒有對市場進(jìn)行充分的研判,三沒有科學(xué)的項目規(guī)劃,僅僅靠炒高科技概念,無法實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,最終只能關(guān)門大吉或者茍延殘喘,留下爛攤子交給地方政府收拾。
無數(shù)事實告訴我們,實體經(jīng)濟不是資本游戲,科技創(chuàng)新容不得半點虛假。企業(yè)上新項目、新技術(shù)時,不能跟風(fēng)炒作,也不能人云亦云,要對產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景進(jìn)行冷靜的思考和分析。地方政府和有關(guān)部門在項目審批時,也要本著審慎的態(tài)度充分進(jìn)行可行性研究,更不能為了圖一時之快,趕鴨子上架。此外,新聞媒體也要本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度,客觀準(zhǔn)確報道相關(guān)的消息來源和新聞背景,不給別有用心之人斷章取義提供可乘之機。
結(jié)語:
2014年的電池格局,依舊是不爭氣的鋰電池是霸主,其他新興電池技術(shù)惹關(guān)注。作為我們來說,對此無可奈何,只有再繼續(xù)耐心等待各種電池性能的突破了。