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彭博社:新型电池技术引科技大佬们争相发力

2015-04-16 10:18 · 稿源:cnbeta.com

北京时间4月16日消息,彭博社今天撰文指出,为了满足特斯拉电动汽车的用电需要,埃隆·马斯克已豪掷50亿美元在内华达州兴建新型电池工厂。实际上,微软创始人比尔·盖茨早在2009年便对新一代电池技术十分感兴趣,并在两年后投资了一家新型电池开发企业。盖茨、马斯克等科技大佬的加入让新一代电池技术的争夺愈加激烈。

彭博社:新型电池技术让科技大佬们争相发力

以下为文章全文:

唐纳德·萨多维(Donald Sadoway)教授至今仍然记得,他在2009年收到了一封令其窃笑不已的电子邮件,发件人自称是比尔·盖茨(Bill Gates)的代表。邮件称,盖茨在网上看到了萨多维所著的《固态化学导论》(Introduction to Solid State Chemistry)一书,这位世界首富想知道,当他下一次去波士顿时,能否与萨多维见上一面。

“我以为那不过是一个学生的恶作剧,”萨多维说。他在麻省理工学院教授一门很受学生欢迎的课程,为了找到一种廉价、使用寿命更长的电池,让人类彻底远离非清洁能源,他耗费了十多年的精力来研究多种金属材料。要不是盖茨的助手再次发来电子邮件,请求萨多维予以回复,他几乎已经忘了这件事。

盖茨投资新型电池开发商

一个月后,在麻省理工学院校园里的萨多维办公室,他和盖茨就如何抑制气候变化这一问题交换了看法。他们讨论了电池在帮助太阳能和风能有效对抗矿物燃料方面所取得的进展。盖茨说,无论萨多维什么时候准备自己创业,都可以随时给他打电话。萨多维说,“他答应投资我创建的公司,如果没有他的帮助,这条路肯定会异常艰辛。”

萨多维已经做好了准备。他和其他一些科学家得到了众多创业公司和知名投资公司的大力支持。他们试图解决一个棘手的问题:如何昼夜不停地保存并提供能量,以便再生能源可以充分代替矿物燃料。在本周纽约举行的“彭博新能源财经”(Bloomberg New Energy Finance)大会上,“这些储电项目如何让公用电力客户摆脱对输电网的依赖”,是与会者辩论的话题之一。

今天的镍镉和锂离子电池还不能满足这一需求。它们不能供一个家庭使用几个小时,也不能让大多数汽车跑100多英里(约合160公里)的路程。这种电池的成本大约为每千瓦时400美元,分析师认为只有将成本降低一半,才能让绿色能源获得大范围推广使用。“开发一种不同于锂电池的储存设备,对于释放电动汽车和再生能源的价值,具有至关重要的作用,”安德鲁·庄(Andrew Chung)说道。他是总部设在加州门洛帕克的风投公司Khosla Ventures的合伙人。

发明者和投资者施展才华的时机终于到了。去年,风力发电机的发电量占到美国新增发电量的45%,而太阳能占到全球新增发电量的34%。在没有光照或风力的时候,储存能源一直是一个耗费庞大的工程。一些相信电池应用前景广阔的人指出,情况正在发生变化。在过去十年里,他们在这个领域的投资超过了50亿美元,争相将相关技术尽快推向市场。

他们坚信,新型电池能够存储足够多的清洁能源,满足一辆车、一个家庭或整个校园的需要;新型电池可以存储来自风力发电站或太阳能发电站的能量;它们可以取代发电机,减少对矿物燃料发电设备的需求,进而让电力供应变得更环保。能源管理咨询公司Navigant Consulting表示,新型能量储存设备的市场规模在3年内将增长近10倍,达到2400兆瓦,相当于6台天然气涡轮发动机的发电量。

风投加入电池行业竞争

2011年,盖茨兑现了他的诺言,对萨多维创立的Ambri公司进行了投资,但投资金额不详。这笔投资对Ambri的创建起到了促进作用。盖茨拒绝对此发表评论。亿万富翁尼克·普瑞兹克(Nick Pritzker)和他的儿子乔比·普瑞兹克(Joby Pritzker)则通过旗下Prelude Ventures和Tao Invest基金,对位于匹兹堡的新能源公司Aquion Energy进行了投资。

在Aquion,一位卡内基梅隆大学教授为了生产适合家庭和酒店使用的新型电池,正在对一个曾经生产大众汽车和索尼电视的工厂进行改造。美国劳伦斯-伯克利国家实验室的技术也获得了风险投资人维诺德·科斯拉(Vinod Khosla)的投资。美国三大汽车制造商正在测试该实验室开发的锂聚合物电池,这种电池能够满足汽车和家庭的用电需要,预计将于明年开始销售。

由于美国、中国和德国都在为减少温室气体而努力,所以会有更多资金投入到这个全球市场规模达500亿美元的产业中来。电池市场覆盖从手电筒、家用太阳能、岛屿的电力供应到电网用电存储等。松下和LG电子在不断推出自己的产品,主导着这一领域,而很多创业公司也紧随其后。“这真是一个绝妙的时代,一些技术的力量是如此的强大,”劳伦斯-伯克利国家实验室储能研究负责人温卡特·斯里尼瓦桑(Venkat Srinivasan)说。

萨多维属于第一批主动走出去的人。今年,他计划把6个由数百个液态金属电池组构成的原型产品,运送到夏威夷的风能和太阳能发电站,以及阿拉斯加的一个微型电网和爱迪生联合电气公司(Consolidated Edison)在曼哈顿的的一个变电站。当电力需求降低时,Ambri的电池就会把爱迪生联合电气公司多余的电量储存起来。然后,当纽约人对电力的需求上升时,爱迪生联合电气公司就不必启动另一个燃煤或燃气发电站,而是可以调用Ambri电池里储存的电了。

萨多维是加拿大人,今年65岁,他很不喜欢发明家老学究似的形象。萨多维曾手里拿着香槟酒,穿着燕尾服给学生们上课。然而,当他谈起电池时,却完全是一副做科研的样子。萨多维和他以前的一个学生最终完善了一种棘手的化学技术,他说得益于这种努力,Ambri的产品在价格和使用寿命上都优于锂电池。

这种电池使用了两种重量和熔点不同的金属(萨多维不愿透露这两种金属具体是什么)。他用盐层来进行分离,而电流可以让两种金属的温度达到最高700摄氏度,这样,电子就可以穿过熔盐。这有助于金属存储更多电量。与笔记本电脑使用的锂离子电池(锂离子电池可充电400次,使用寿命为4年)不同,萨多维说他的电池组可充电1万次,使用寿命达到10年以上。

马斯克的50亿美元豪赌

索尼早在1991年就引入了如今无处不在的锂离子电池技术。这种电池及其易燃的液态电解质从未克服几个与生俱来的顽疾。它们会突然着火,还需要具有N-methylpyrrolidone之类名称的有毒溶液。令投资者更为沮丧的是,到目前为止,还没有一个人能拿出具体的解决办法,在增加产量的同时降低价格。

特斯拉CEO埃隆·马斯克(Elon Musk)表示,他可以接受这种挑战。为此,马斯克豪掷50亿美元在内华达州一座锂矿附近建造一个大型工厂,得益于这个电池工厂,到2017年特斯拉廉价车型的售价会降至3.5万美元左右,而续航里程则会超过200英里。当前,特斯拉最昂贵的Model S车型的售价为10万美元,也就是说,下一代特斯拉电动汽车的成本大概只有Model S的三分之一。

多位分析师估计,特斯拉的电池成本将低于每千瓦时400美元。马斯克表示,他希望将电池成本降低30%。特斯拉拒绝对电池价格发表评论。批评人士此前指出,由于与整个电网连接,特斯拉也就失去了它的“绿色标签”。马斯克对这种批评做出了回应,承诺将向家庭和部分充电站提供太阳能电池板。

硅谷风险投资公司Kleiner Perkins Caufield & Byers(以下简称“KPCB”)在2007年开启了一场淘汰锂离子电池的声势浩大的运动。它仅仅提出了一个简单的问题:究竟什么样的电池才是理想的电池呢?这家以挖掘网景和谷歌等知名科技公司而著称的风投,在其门洛帕克总部召集了大批分析师和合伙人。

据KPCB合伙人雷·拉尼(Ray Lane)介绍,他们当时列出了“不可能实现的产品需求”名单,然后着手寻找这项技术——希望藏在某位化学家的实验室——并准备对其做进一步改进,最后推向市场。KPCB将公司合伙人、Sun Microsystems联合创始人比尔·乔伊(Bill Joy)以及KPCB绿色科技部门的戴维·威尔斯(David Wells)派往匹兹堡。

二人拜访了拥有材料学博士学位的杰伊·怀塔克雷(Jay Whitacre)。怀塔克雷身材瘦长,特别喜欢骑单车。他在卡内基梅隆大学教授未来材料工程学的时候,就在研究电池的化学特性。拉尼说:“能击败锂离子电池的技术屈指可数。杰伊·怀塔克雷是唯一一个自称可以做到这一点的人。我一开始并不相信他的话。”拉尼曾是软件巨头甲骨文的前总裁,如今是Aquion和卡内基梅隆大学的董事会主席。

努力降低电池使用成本

无论信不信他的话,KPCB都不希望错失良机。2008年,KPCB给了怀塔克雷160万美元,以加快研究速度。他利用“电池之父”亚历山德罗·沃尔特(Alessandro Volta)在1800年发明的盐水电池的升级版,最终开发出了一种新型电池。六个月后,现年43岁的怀塔克雷准备将他的钠基储能电池从卡内基梅隆大学的实验室取出。他给Aquion公司打去电话,希望了解后者的水溶离子化学技术。

拉尼及其合作伙伴对怀塔克雷的早期研究进展十分满意,于是在2009年同意追加投资700万美元。KPCB还帮助Aquion募集资金1.72亿美元,投资方包括盖茨和普瑞兹克父子。尼克·普瑞兹克是创始人凯悦酒店集团创始人杰伊·普瑞兹克(Jay Pritzker)的堂弟,后者在1999年去世。由于是一家私营公司,Aquion并不接受个人投资。Aquion CEO斯科特·佩尔森(Scott Pearson)表示,这种状况可能会在明年改变:“我们距离IPO或股权交易仅一步之遥。”

Aquion在匹兹堡一个较为僻静的地方租用了一栋三层红砖大楼,那里距离怀塔克雷的住处非常近,他从校园骑车2.5英里就能到达。怀塔克雷回忆说,在二月的一天,阿勒格尼河(Allegheny River)附近狂风肆虐,但就在那天,他开发出了一种新型电池,这种电池可供家庭或医院使用,也是最便宜且续航时间较长的无毒电池。

它可以至少提供8小时的续航时间,能将白天储存的太阳能释放出来。怀塔克雷展示了他的劳动成果:大小相当于一台烘干机的28.6千瓦时电池模组。它可以给电冰箱、咖啡机和热水器等家用电器供电。

Aquion的机器人设备在红砖大楼以东30英里处努力工作着。这种自动化设备原本是用来给巧克力糖打包的,但现在则用于拖出炭黑块和锰粉块,然后放在容器中等待充满盐水。如今,50个托盘的盒装电池正在被运往夏威夷大岛,准备给厄尔·巴肯(Earl Bakken,发明过外置可穿戴心脏起搏器)一栋占地面积8英亩(约合3公顷)的大楼供电。它们会将512块太阳能电池板生成的电保存起来,取代丙烷燃料发动机(propane engine)。

怀塔克雷正在紧锣密鼓地生产足够多的电池,以保存200兆瓦时的电量。一开始,他打算将电卖给使用柴油发电机的当地人。“岛屿和微型电网是我们产品的首个重要市场,”他说。Aquion目前只有一条生产线,该公司希望最终再增加四条。Aquion CEO佩尔森表示,这有可能会将电池成本降至最低每千瓦时100美元。

争相开发新型电池技术

化学工程师哈尼·埃托尼(Hany Eitouni)也在利用其在劳伦斯伯克利国家实验室发明的一种技术,试图生产这种廉价电池组。埃托尼采用的多孔材料让电子流入新的干式锂电池。Khosla Ventures和三星风险投资(Samsung Venture Investment)向埃托尼供职的Seeo公司投资了1700万美元。自2007年以来,该公司获得的风险投资额已超过4200万美元。

37岁的埃托尼说,他发明的最新锂离子聚合物电池相当于一个公文包大小,单位重量的储电量是当今液态锂电池的两到三倍。对于每次充电行驶里程超过200英里的电动汽车来说,这种储电能力至关重要。此外,埃托尼还介绍说,他发明的固体聚合物电池以散热的形式丧失的能量更少,而这却是当前一代锂离子电池的通病。

大雾开始笼罩东湾工业园区,Seeo技术人员身穿白衣,戴着防护眼镜,开始处理刺激性化学物质,这些物质是用来清洁电池核心部分中的金属的。多台机器将40层的锂金属箔卷进有两个聚合物层(经过挤压变成了袋状)的圆筒。埃托尼自诩他的电池的及格分数“都在95分左右。”

Seeo CEO哈尔·扎雷姆(Hal Zarem)表示,今后几年,随着它将最好的设计应用于全负荷生产,Seeo预计会把电池成本降至每千瓦时100美元以下。美国国家再生能源实验室交通技术与系统研究中心高级工程师杰里米·努巴尔(Jeremy Neubauer)说:“随着生产规模不断扩大,Seeo的电池将非常便宜。”

Ambri CEO菲尔·吉乌代斯(Phil Giudice)表示,得益于一些科技大腕的投资,新型电池最终将让再生能源有能力与矿物燃料竞争。“科斯拉、盖茨、马斯克以及普瑞兹克父子,他们都在努力让这个世界变得更美好,而且对这种前景激动万分。他们正在实现看似不可能完成的任务。”吉乌代斯说,“每过一天,我们距离这一目标都更近了一步。”

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