隨著數碼類電子產品和動力儲能類產品的得到廣泛應用與普及,過去數十年里全球鋰離子電池市場快速發展壯大。近幾年,受新能源汽車市場持續高速擴張的推動,中國鋰離子動力電池需求猛漲市場規模繼續保持高速增長,動力電池逐步成為鋰離子電池產業擴張的主要增長引擎。
當前,中國鋰離子電池產業正迎來巨大的市場機遇,但是同時也面臨諸多嚴峻挑戰。在經濟全球化背景下,中國鋰電池產業如何實現可持續發展,如何進一步推進產業鏈更加深入地協同整合和技術創新,則是廣大鋰電界同仁需要認真思考的問題。
在這個系列文章里,筆者將與廣大讀者探討鋰電產業發展的技術推動因素、經濟全球化背景下國際鋰電產業發展動態和趨勢,以及中國鋰電產業未來發展模式與展望,希望能夠在中國鋰電產業可持續發展的問題上給廣大讀者提供一些不同的視野和角度。
一件工業產品或者新技術能否在商業上取得成功取決于多方面的因素,如果我們仔細分析全球眾多高科技產品成功的案例就會發現,技術往往并不是最主要或者決定性的因素,比如大家所熟悉的Tesla電動汽車。但是筆者這里要強調的是,這句話如果反過來說那將是錯誤的。技術不是萬能的,但沒有科技創新和技術進步則是萬萬不能的!
實體制造業的發展,短期可能受到諸如資本運作和商業模式甚至政治等因素的影響,但是放在國際產業格局下從一個較長的周期比如一二十年甚至三五十年的時間跨度里來衡量,制造業領域從根本上而言還是依靠科技創新與技術進步來推動,化學電源產業亦是如此。在深入探討鋰電產業的發展方向和趨勢之前,我們有必要從深層次挖掘和厘清化學電源產業技術進步與發展的脈絡。
1.1化學電源產業的技術發展歷程
化學電源其實是一個非常古老的學科,如果從1859年法國人普蘭特發明鉛酸電池開始算起,電池工業已經有150年的歷史了。讓我們首先回顧一下電池工業具有里程碑意義的重大技術進步和創新:
從上面這個表格我們可以看到,從1859年普蘭特發明鉛酸電池到上世紀五十年代這一百年里,化學電源產業的技術進步是非常緩慢的。化學電源產業在技術上取得突破性進展的黃金時期是上世紀五十年代到九十年代這段時間,尤其是七八十年代美蘇冷戰正酣的時候。上世紀七十年代由于阿以戰爭(實質上是美蘇爭霸引發的局部“熱戰”)導致了兩次國際石油危機,不僅對全球政治、經濟格局產生了深遠的影響,而且也促使西方國家深刻地認識到尋找新型能源的重要性,從而對新型高能化學電源的研究產生了前所未有的巨大推動。
正是這一時期,歐美國家在有機電解質、固體電極材料、質子交換膜、電極過程動力學等基礎研究方面取得了很大的進展。燃料電池(AFC和PEMFC)、鈉硫電池(包括ZEBRA電池)和鎳氫電池和鋰離子電池這四種當今最重要的高能化學電源體系這正是在這個時期構建了基本原理。雖然鋰離子電池是在冷戰剛剛結束的1991年由SONY產業化的,但本質上還是屬于冷戰時期八十年代的技術成果。
筆者個人認為,在過去近一個半世紀歷程里,化學電源產業僅僅發生了兩次堪稱革命性的創新性突破,那就是上世紀六七十年代燃料電池的實用化和1991年鋰離子電池的產業化。筆者之所以認為這兩種高能化學電源體系具有革命性突破,是基于以下原因:
燃料電池基于獨特的異相電催化和開放式工作原理,從電化學器件的角度而言具有革命性和開創性意義。燃料電池獨特的工作方式,使其可以同時獲得相對于現有二次電池體系更高的功率和能量密度。從電化學器件的角度而言,燃料電池是相對而二次電池更高級的發展層次。
鋰離子電池則是第一次使得基于有機液體電解質的高電壓高比能二次電池體系成為現實。鋰離子電池基于嵌入式反應原理,不同于之前傳統二次電池上普遍采用的異相氧化還原反應機理,從電化學器件的角度而言具有開創性意義。并且鋰離子電池打破了負極必須是鋰源的傳統思想的束縛,在電化學實踐上亦具有革命性意義。
如果我們將目光回眸到過去的二三十年就會很清晰地看到,自從1991年鋰離子電池產業化到現在長達四分之一個世紀的時間里,世界上并沒有一種全新的高能化學電源體系被商業化。
如果讀者朋友們對當前國際新型電化學能量存儲與轉換體系的研究進展有所了解的話,就應該明白在未來可預見的5-10年之內,幾乎不大可能存在一種全新的高能化學電源體系被商業化的可能性。化學電源產業的技術進步,更多地是體現在對現有化學電源體系的進一步優化、改進和完善。
雖然從實際應用的角度而言,這些改進甚至比開發全新的化學電源體系更具經濟效益,但是這些技術進步并不是革命性和開創性的突破。實事求是而言,過去的四分之一個世紀里國際高能化學電源基礎研究領域并未取得任何突破性進展,跟上世紀七八十年代高能化學電源技術的“井噴”形成了鮮明對比。
責任編輯: 中國能源網