关于电池,人们都有什么想象?云尚量化为你解读——
在影视动画中,ARC反应堆、能量电池和海克斯宝石,绝对算是能够满足需求的想象。它们的特色是:能量大、形状小、可控输出、续航时间长,而且还可以当作临时的大当量炸药使用(ARC反应堆似乎没有当作炸弹)。
真是又实用又危险。
《钢铁侠》中的ARC反应堆是钢铁战衣的能量来源(电影中当作武器和动力使用):
《银河护卫队》中的能量电池(电影中是当作炸弹用的):
《霜城之战》中的海克斯宝石(海克斯水晶相当于炸弹,但是加了外壳变成海克斯宝石后,就可以当作能源和武器使用):
当然,这些都是想象,在现实生活中,电池依然有着巨大的缺陷:充电慢,能量密度小,存储时间短,大电量的电池体积大,而要提升电池的能量密度和转化效率太难了——一个多世纪过去了,也只是从90KW提升到了KW,和汽油、柴油、甲醇比起来,相差太多。
正是电池有着这样的缺陷,后发展起来的燃料汽车最终超越了先发展的电动汽车。
宁德时代暴跌与新能源汽车上涨
近日,一则关于铝离子电池研发成功的消息引爆电池行业,根据报道,新研发的铝离子电池性能出众:
一家注册地为美国特拉华州的印度公司Saturnose宣布,在动力电池领域取得了巨大突破。他们研制的新型商用增强型铝离子电池Ea2I,充电12分钟,续航公里,永不燃爆价格还便宜一半,几乎可终身使用,不会造成环境影响,酷热酷寒也不影响驾驶,零下40度还能使用。
铝离子电池的能量密度Wh/L,有望提供提供Wh/kg能量。作为对比,锂离子电池的能量密度为~Wh/kg,宁德时代最新研发的钠离子为70~Wh/kg。目前常用的磷酸铁锂电池普遍在Wh/kg左右,部分三元锂电池能超过Wh/kg。这就意味着,铝离子固态电池一旦成功商用,电池续航至少能提高三倍。
由此则引发了大家对新能源电池的大讨论:
靠研发锂电池、服务于新能源汽车行业的宁德时代则遭遇了股票大跌:
而有色铝板块则全线上涨:
所不同的是,特斯拉、比亚迪、蔚来、理想、小鹏等电动汽车厂商的股票先跌后涨:
云尚量化认为,之所以出现这种情况,是因为电池技术的突破有可能导致电池类型的转变,因此上游的电池研发和生产商更容易受到新技术的冲击,而下游的电池消费厂商则影响较小,甚至会因新技术的突破而受益——他们完全可以替换新的电池类型。
这意味着,科技股很容易受到技术变革的影响,个人进行资产配置,需要做好标的的合理配置。比如,因为铝离子电池的出现(虽然并未商业化),甚至有人认为宁德时代已经见顶——如果铝离子电池开启商业化,而锂电池厂商技术没有新的突破,那么很可能会被取代。
快充技术与车电分离
在电池技术得不到极大提升的前提下,有两种方案可以解决缺电焦虑:其一,快充技术,其二是车电分离。
快充技术就是加大充电的效率,实现快速充电,比如原来充电需要1个小时,通过各方面的努力,将充电时间缩短到30分钟或15分钟。这和现在的手机快充有些像。当前的纯电动车基本采用的是这种方案,因为充电桩稍加改变就可以使用。
而车电分离就是通过换电池的方式快速实现充电,这和以前手机、电池分离的方案有些类似。不过现在很难实现,因为一辆车的电池是比较大的,换起来不方便,而且换电池的服务设施也没办法铺开。
不少人认为,车电分离比快充要好,因为可拆卸的电池有三大好处:充电效率快(缺电时换上就能用)、可以节省能源(比如多余的太阳能、风能可以存储到电池中以减少浪费)、可以节省投资(比如不用大范围地建设充电桩,只进行电池购买或租赁就可以满足长途旅行需求)。
不过,云尚量化觉得,车电分离的方案虽然好,但也有很大的缺点:第一,车电分离需要司机自己更换电池,所以电池一定要够小、安装一定要更方便,不然用户体验会很糟糕,这意味着电池技术和汽车设计都要进行全新突破;第二,车电分离如何在电池够小的基础上实现更多的储电和更大的功率,如果未来的能量密度还和燃料相比差距很大,那吸引力就会降低很多;第三,电池电力保存的技术需要更新,不然无法满足长期储电的需求,毕竟汽油可以保存好几年,甲醇可以保存几十年,你电池不能只保存几个月;第四,电池在满足上述要求后,能够满足人们对安全的需求,比如不那么容易成为爆炸物或被人偷窃。
就发展前景而言,当前的快充技术显然比车电分离更现实(但快充也有自己的极限,比如要加输电大功率就要在电网、电线、充电桩等各方面变革,这显然成本过高),但车电分离更符合人们对未来的想象(想象一下你在荒凉的西部公路上抛锚了,这里没有充电桩,而你的后备箱里却装了好几个手机大小的电池,每一个都能让你跑上一千公里是多么有趣)。
大变局还是大困局
按照电池发电的基本原理,可以将电池分为化学、物理、生物三类:
云尚量化认为,就当前的新能源汽车而言,能够作为动力的大概只有化学电池了。物理电池的主要应用是太阳能,这个能源不稳定,而且很占空间,只能当作一种补充,比如房车上经常配备。生物电池适合在能源相对短缺的地区或发电厂,用在汽车上还不是很现实。所以综合考量,在化学电池比如燃料电池、锂电池、铝电池是比较适合做汽车动力的。
不过,化学电池也各有特点。就能量密度而言,氢和甲烷要更高,但要做到安全易用、大规模商业化,其成本就太高了;锂电池和铝电池的能量密度虽然不高,但是相对来说成本更低,使用起来更方便、安全。
可以说,当前的电池技术应该是人类选择的最合适的道路。而且,化学电池也确实取得了长足的进步,比如价格在一步步下降,这导致了人类进入了电动车时代:
但即便是电池的能量密度、储存时间、市场价格、精细使用等方面得到了较好的优化,甚至是新的铝离子电池出现了,电池也很难完全取代汽油这些燃料,所以云尚量化认为,铝离子电池的出现,不是大变局,反而说明大困局。
未来电池的想象
只要我们搜一下为什么电池技术停滞不前的话题,就会发现,中外的互联网上有许多讨论。当然,也有许多人认为,电池技术在缓慢变革,只是没有出现大的革命。这是比较中肯的评论。但要达到海克斯宝石或者ARC反应堆的水平,显然太难了。
我们当前对电力的利用,就像是当前的宇宙探索,即便技术再提升,比如宇宙飞船的速度提升个10倍,但我们无法实现光速旅行,而宇宙又是如此的广阔,我们依然无法跨越银河旅行。
这也许是宇宙为人类画的圈。
不过,就宇宙旅行而言,目前有一种方案很具有吸引力,那就是曲率飞船。其原理有些类似空间穿梭,但事实上是通过质量影响空间弯曲,进而实现缩地成寸。如果未来人类要进行宇宙旅行,这将是一种可行的方案(虽然是理论上的)。
所以,电池技术的突破,也需要类似的方案,不妨大胆想象:
一种魔法电池?
或者——宇宙能量收集器?循环化学系统?小型核反应堆?