電池技術的不斷發展將促進電動汽車的新一波推廣應用

概要

對有志於推動電動汽車成為汽車市場主流的創新者而言,提升安全性、可負擔性、續航里程和充電性能仍將是其關注的重點。正極技術的進步能否成為解決之道?


電池技術的創新歷來是推動電動汽車革命的關鍵所在。僅僅經過十年的發展,該技術便使電動汽車單次充電的平均續航里程從100英里提高到250英里。

這一行業背後的發展動能顯而易見。十年前,還只有寥寥幾家電車企業進行商業宣傳,而現今,各大汽車製造商都在競相爭奪潛在的電動汽車客戶。地域方面,中國在2022年以30%的估計市場滲透率居於榜首。其後是歐洲和美國,滲透率分別為15%和10%。

能量密度的增加能夠延長續航里程,而電池成本下降可提高消費者的負擔能力,這兩方面的需求持續推動著相關創新。Citi Global Insights最近發布的一份報告指出,電動汽車的發展與電池息息相關,因此電池領域的持續改進對於電動汽車成為汽車市場的主流至關重要。

要掌握產業所需,需要簡單了解電池的基本化學原理。電池由三個部分組成——負極(或正電極)、正極(或負電極)和電解質,而電解質是連接正負極並維持正負極之間離子流動(並完成發電和充電過程)的液體。

創新者和投資者歷來廣泛關注與鋰離子電池相關的電池設計以及負極材料改進。而且負極化學組成在短期內仍將十分重要,特別是在原料價格出現空前波動的情況下。

然而,該報告指出,電池的下一個前沿領域可能在於電池正極材料的進步,即透過開發高性能合成材料,替代目前使用的石墨材料。這一領域的進步可能會對電池的充電速度、容量及最終使用壽命產生積極影響。

與之相輔相成的,是「固態電池系統」的發展。說得通俗一點,即用固體電解質取代電池中的液體電解質。根據電池化學理論,相比液態系統,固態系統的電池空間浪費為零,或者可忽略不計,並且理論上可提供無限的能量密度。

報告還補充道,如果能夠實現從(目前使用的)石墨材料轉換為高性能合成石墨,再到高含量矽,最終到鋰金屬的重大轉變,並以此推動電池向固態系統邁進,那麼電動汽車便可能實現「500瓦時/公斤的能量密度,從而可能達到500英里以上的續航里程」。

這將使電動汽車能夠更好地與現今的內燃機汽車競爭,許多內燃機汽車在加滿油時能行駛450英里。然而,目前這種電池在實驗室外的應用似乎很昂貴。此外,「樹突」或在固體電解質中隨著時間形成的龜裂會引起固態電池短路,在這一問題上目前也缺乏進展。

這些技術商業化道路上的障礙頗具挑戰性。「但能夠擴大現有製造技術規模和實現成本平價的公司將成為贏家」,該報告指出。這些公司可能需要支持者富於耐心的投資,花旗全球財富投資在《2023年財富展望》中稱此類投資者為「不可阻擋的構建綠色世界趨勢」的擁護者。

當然,對電動汽車發展前景的展望也帶來了另一個重要問題——是否有其他材料可打破鋰作為業界首選的遠程電池化學元素的地位?答案有些複雜,因為許多新一代電池(如固態系統電池)將來可能會使用更多的鋰。

報告指出,混合了磷酸鋰鐵(LFP)電池和鈉離子電池的組合電池可以提升快速充電能力並提供低溫性能。然而,這可能會以進一步降低系統能量密度為代價,這樣的代價可能令汽車製造商難以接受。

其他變革性技術,例如鋰空氣電池、鋰硫電池、多價電池,可能需要幾十年才能實現創新。因此,中期來看,打破鋰的首選電池元素地位似乎不太可能。

然而,未來電池安全性的提升可能帶來長遠變化。鋰離子電池因使用易燃的液體電解質,往往容易發生熱失控。這會引致電池發生嚴重故障,並引發難以撲滅的火災。雖然此類事件鮮少發生,但仍會威脅到乘客的安全。

迄今為止,電池製造商一直力求透過隔離膜技術、防碰撞和防火電池外殼等方式提升安全性,並已取得了相當大的成功。然而,焦點正逐漸轉到易燃的液體電解質本身。有商家已經開始使用專有的不易燃或阻燃電解質,並採用可抑制電池短路的主要成因——「樹突」形成的隔離膜。

簡而言之,對於致力促進電動汽車長遠普及的創新者和投資者來說,安全性、可負擔性、續航里程和快速充電性能的提升將繼續成為關注的重點。不過,這兩類電車擁護者都應注意,這四個方面的重大進步歸根究底將取決於供電的電池。

展望

2023年財富展望

2023年市況的發展將推動經濟在2024年復甦。因此,我們預計,對於以市場先例情況爲指引的投資者而言,2023年將最終爲其帶來一系列意義重大的機會。閱讀我們的復甦之路:“由危轉機”時的投資組合。

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