下半場競爭從電池開始

當新能源汽車能夠在性能上完全取代燃油車，相信不需要舉起環保的旗幟，也會有很多人購買它。決定燃油車盛行的因素是發動機的效率，決定新能源汽車能否取代傳統汽車的，是新能源汽車的續航能力。

純電動車續航里程的增長有目共睹。兩年時間，就已經從開始時一二百公里的續航里程攀升至現在動輒600公里。只不過，到目前為止這一速度和鋰電池性能未能完全滿足消費者的全部需要，痛點未被日益增長的續航里程消化掉，相反，人們對于純電動車的要求正日益趨近鋰電池性能極限。

一方面是消費者對于新能源汽車更安全、續航里程更高、充電更快的需求，另一方面，是鋰電池的性能局限。兩方博弈催生出兩種方向：要么，突破電池極限；要么，找尋另一種替代能源。

固態電池：電池的新希望

2016年12月，英國頂級學術期刊《Energy and Environmental Science》（《能源與環境科學》）刊發了一篇名為《Alternative strategy for a safe rechargeable battery》（《安全充電電池的替代策略》）的論文，

這篇論文的第四作者，就是被稱為“鋰電池之父”的約翰·古迪納夫教授。他在1991年與索尼公司聯合開發出世界上第一個商用可充電鋰離子電池，所以這篇文章一經發布，就引起了新能源領域的重視。

文章稱，發明了一種快速充電的低成本全固態電池，它具備不易燃燒、體積能量密度高、循環壽命長等諸多優點。這種鋰電池能夠在1200次充放電之后僅有非常小的損耗，且能在-20度至60度的環境中正常工作。

固態電池還有一個充滿吸引力的名字——下一代鋰電池技術，它完美阻擊了當下鋰電池的所有痛點，也觸動了新能源汽車企業在鋰電池性能方面敏感的神經。雖然在一年之后，該文章的成果受到學術界質疑，有學者提出古迪納夫提出的反應機理是錯誤的，認為“從熱力學的角度這顯然是不可能發生的”。由于人們對于鋰電池性能提升的渴望，仍然促使眾多汽車制造企業以及動力電池生產企業紛紛投入其中。

固態電池相較于使用液態電解質的鋰離子電池，優勢明顯：能量密度優于三元鋰電池、安全性更強。

固態電池單體能量密度在實驗室階段可以達到430Wh/kg，中期測試可以達到375 Wh/kg，量產階段達到300 Wh/kg的鋰離子電池天花板，可以說是非常輕松；而鋰離子電池的能量終點，也是固態電池的起點。

目前普通鋰離電池的安全性的影響因素主要有：一是電極材料特性，例如大電流下工作有可能出現鋰枝晶，刺破隔膜導致短路破壞；二是電解液為有機液體，在高溫下發生副反應、氧化分解、產生氣體、發生燃燒的傾向都會加劇。

固態電池的性質可以很好地解決以上問題，將電池的工作溫度從現在普遍的40度極限提升至更高。

這些優點都吸引了一眾汽車生產企業以及動力電池生產企業，紛紛投入巨額資金，想要讓這一技術從實驗室走向市場。

豐田、寶馬等車企都是固態電池的支持者。豐田在2014年拿出體積能量密度達到400Wh/L的實驗室原型制品，并表示2025年實現商業化。2017年，豐田還與動力電池供應商松下達成協議，共同開發方形固態電池；寶馬則投資2億歐元打造電芯研發中心，開發包括固態電池在內的多種新型電池；韓國三大蓄電池生產商——LG化學、三星SDI、SK創新2018年11月宣布攜手研發電池技術，成立1000億韓元基金，研發包括固態電池、鋰金屬電池和鋰硫電池在內的下一代電池產業生態系統；而寧德時代、比亞迪這類動力電池生產企業也不得不抓住這一趨勢。

最新進展是，三星研發的全固態電池將電池能量密度提至900Wh/L，同時體積比同樣容量傳統鋰離子電池縮小50%。三星對全固態電池的預期是率先用于電動汽車領域，原型產品單次充電可達到800公里續航，循環次數高達1000次。

如果有能夠實現鋰電池性能突破的技術，相信企業一定會以最快的速度跟進生產開發，畢竟這意味著在新能源領域的重要先機：一方面是性能仍不滿足大規模商業化的需要，另一方面就是無法與成本達成和解。

三元鋰電池采用液態電解質，這種材料可以使電解質與電極的接觸面積更大，從而達到較快的傳輸速度。固態電池的固態電解質與電極材料接觸面積小，自然導致傳輸速度下降。能量的傳輸分為向內和向外，傳輸速度不僅影響放電效率，充電效率也會大打折扣，更別提所謂的快充。

這就好比，原本鋰離子在水（液態電解質）里游泳，到了固態電池這里，就好像在水泥地上游泳，速度自然就下降很多。

一項技術從實驗室走向量產，之間還有一項關鍵問題，就是成本。因為技術問題，固態電池的生產效率很低，單位生產成本可達到三元鋰電池的幾十倍。固態電池車不是頂級超跑，要想成為主流，至少能夠普遍應用在大眾化車型上，價格問題是從實驗室到生產過程中的最后一道門。

《中國制造2025》中明確規定：2020年，電池能量密度要達到300Wh/kg；2025年要達到400Wh/kg；2030年達到500Wh/kg。這一目標已經超越了液態鋰離子電池的極限，而固態電池或將是完成這一任務的希望。

誠然，不少汽車制造企業計劃在2020-2030年推出可量產固態電池，甚至于全固態電池，但針對固態電池，學術界有這樣一種聲音：“單純的氧化物基固態電池還處于非常早期的研究階段。”動力電池的增長需求與鋰離子電池能夠達到的最大輸出效果之間的矛盾，使得固態電池成為未來的一個方向。

氫能源：另一種選擇

即使現階段三元鋰電池占據主流，但并不意味著通往零排放目標的道路只有一條。除了電動車，最為主流的當數氫燃料電池車。

氫能源被很多人譽為新世紀的終極能源，氫作為地球上儲量最大的能源之一，幾乎是取之不盡的。它在使用過程中具有清潔性，眾所周知的是，氫燃料電池車的工作原理就是通過氫與氧的加熱接觸，產生能量，驅動車輛前進，同時水是這一過程中惟一的“排放物”。中間沒有產生任何對環境有害的成分，它被稱為新能源汽車的終極形態，不是沒有原因。

氫能源是日韓企業推開的一扇窗，其中最有代表性的產品——豐田的MIRAI、現代的NEXO都已進入量產階段。前不久，成立5年的氫燃料重卡制造初創公司尼古拉（Nikola）宣布將在納斯達克上市，這意味著全球首個IPO的氫燃料整車制造企業將正式誕生。

既然氫燃料電池車如此美好，為什么推廣起來存在困難？

首先，它不是完全“無污染”。從整條生產鏈來看，氫燃料電池車與電動車一樣都存在污染轉嫁的問題。紀錄片《誰殺死了電動車》就從成本的角度講述了一些氫燃料電池車的問題。氫氣生產的價格要高于油，而電的價格（僅就汽車行駛相同里程而言）只相當于油的15%甚至更低。這樣對比之下，氫氣并沒有價格優勢。算上加氫站的建設成本，價格自然更加水漲船高。所以，豐田要想推廣Mirai也得依靠政府高額補貼。

其次，它對于配套設施的要求要高于電動車。在國內，電動車的快速發展，背后有國家電網提供電力支持，配套設施幾乎只有充電樁而已；但氫能源不同，一個氫燃料電池車的推廣需要從制氫、運氫、加氫站等一系列設施建設做起，才能保證這樣的一輛車在道路上暢通無阻地馳騁。

雖然中國在整車、氫燃料電池系統及上下游產業均有布局，但在零部件方面，很多都需要依賴進口，尤其是最基本的關鍵材料和部件，如質子交換膜、催化劑等大部分關鍵零部件及關鍵材料

無法像電動車一樣，既可建立自身優勢，又可借助國家電網資源，迅速推廣配套設施的建設。這直接導致了氫能源汽車在實行上面臨很多問題。

最后，成本仍然是阻礙推廣的另一道關隘。一個加氫站的建設成本大概在2000萬人民幣，相同車型應用氫燃料電池技術的，價格也要高于普通車型。當然，成本可以通過數量擴大而分攤，逐步遞減。前提是，要有足夠的氫燃料電池車的使用者。

清華大學發布一份報告曾預計，中國氫能及氫燃料電池車將會在2025年迎來發展拐點。 目前，中國已經在商用、運輸領域開展了氫能源技術的研發和試制，國家政策已經將氫能源提升到能源戰略的高度，要求各地推動充電、加氫等基礎設施建設；而國家相關部委也在諸多科技創新和產業規劃中將氫能源和燃料電池汽車列為重點支持的領域。日前，上汽旗下的燃料電池項目，在上海正式啟動，計劃2021年實現12000臺套燃料電池電堆和系統的產能。與此同時，奇瑞汽車在氫燃料電池汽車領域也有了新動作。

對于中國這種重度石油對外依賴的國家，氫能源的確是一個值得選擇的未來產業。當然，技術的積累是必不可少的。

當新能源汽車能夠在性能上完全取代燃油車，相信不需要舉起環保的旗幟，也會有很多人購買它。決定燃油車盛行的因素是發動機的效率，決定新能源汽車能否取代傳統汽車的，是新能源的性能。