从智能手机到特斯拉，更便宜的电池的故事

在今天的电池日活动上，特斯拉预计将发布新技术，这些技术将在未来十年推动该公司的产品。在这次活动之前，我们认为读者会喜欢这篇5月份首次发表的文章，这篇文章讲述了特斯拉在过去十年电池成本下降中所扮演的角色。

2010年，一个容量为1千瓦时的锂离子电池组-足以为一辆电动汽车提供三四英里的动力-的价格超过了1000美元。彭博社(BloombergNEF)汇编的数据显示，到2019年，这一数字已降至156美元。这是一个巨大的下降，专家们预计未来十年会继续-尽管可能不会那么快-进步。几位预测人士预计，到本世纪20年代中期，锂离子电池容量每千瓦时的平均成本将降至100美元以下。

这是一个良性循环的结果，更好、更便宜的电池扩大了市场，反过来又推动了投资，进一步提高了成本和性能。这一趋势意义重大，因为廉价电池对于将世界经济从煤炭和汽油等碳密集型能源转向至关重要。

电池和电动马达已经成为取代内燃机驱动的汽车的最有前途的技术。从历史上看，电池的高成本使得电动汽车比传统汽车贵得多。但一旦电池组变得足够便宜-专家估计非豪华车的价格约为每千瓦时100美元-电动汽车实际上应该会比同等的汽油动力汽车便宜。一旦考虑到电动汽车充电的低成本，成本优势将会更大，因此我们可以预期电池成本的下降将加速电动汽车的采用。

电池也是电力去碳化的关键技术。在过去的十年里，我们看到了太阳能和风能的强劲增长。但这些无碳能源有一个很大的缺点：它们只能在某些时候发电。当然，客户一直都在期待电力。

电池提供了一个显而易见的解决方案。但在这里，高昂的成本再次成为障碍。目前的价格仍然使使用电池在24小时内均匀分配白天太阳能的成本高得令人望而却步。相反，今天大多数公用事业规模的电池安装都是用来平滑供需的短期波动。缺乏存储限制了多少太阳能和风能可以有效地整合到电网中。

因此，未来十年电池价格的持续下降将是一个巨大的帮助，因为世界也在努力去碳化。

在过去的十年里，电池已经便宜了六倍，而且这一趋势看起来还会在较小程度上继续下去--但我们是如何走到这一步的呢？从增加的需求到智能电网解决方案，许多因素都是一个因素。也许最值得注意的是，特斯拉在整个过程中发挥了重要作用。特斯拉显然帮助普及了远程电池电动车的概念，但特斯拉既是一家汽车公司，也是一家电池公司。特斯拉比大多数其他公司更早意识到电池市场的潜在规模，并已成为电网存储市场的领头羊--这个市场有望在未来10年里变得更大。

很难获得电池真实成本的数据，因为市场上有太多的大公司参与了私下交易的谈判-通常会有很大的批量折扣。BloombergNEF是一家研究和咨询机构，与电池业务中的各种参与者都有关系。

BloombergNEF电池调查的主要作者詹姆斯·弗里思(James Frith)表示，我们利用我们在价值链所有部门的人脉。我们与终端用户以及制造商和该行业的其他工作人员都进行了交谈。我们与活跃在电动汽车领域的大多数大型汽车制造商以及中国、欧洲、美国和韩国的绝大多数一级电池制造商进行了交谈。

他们的数据显示，自2010年以来，电池成本下降了六倍以上。更便宜的电池扩大了市场，这有助于将成本推得更低。

这个过程甚至在2010年前就已经开始了。回想一下2003年，也就是特斯拉成立的那一年，当时蓬勃发展的笔记本电脑和手机市场正在迅速扩大锂离子电池市场。各公司正在投入数百万美元进行研发，以使电池更便宜、更强大。

JD·斯特劳贝尔(JD Straubel)是一名电气工程师，后来成为特斯拉的首席技术官。他意识到，这些电池已经足够好了-很快就会变得足够便宜-你可以用几千块电池为一辆电动汽车提供动力。他把这个想法带给了埃隆·马斯克(Elon Musk)，后者根据这个概念向特斯拉提供了早期资金。十年后，特斯拉和松下在内华达州建造了一家名为GigaFactory的大型电池工厂，旨在每年生产价值50GWh的电池组。这笔投资使特斯拉成为世界上最大的锂离子电池生产商和用户之一。

在特斯拉创立初期，电池仍然非常昂贵，因此只能销售电动跑车Roadster，这是一款标价6位数的电池电动跑车。但随着电池在成本和性能上的持续改善，特斯拉能够生产成本更低的Model S，然后是价格便宜得多的Model 3，消费者现在只需不到4万美元就可以买到。

施特劳贝尔在2014年表示，Model S是在Roadster推出大约五年后设计并推出的，我们看到电池技术、基础化学物质和电池组本身的包装方面有了大约40%的改进。这直接转化为我们如何才能在Model S中行驶近300英里，几乎85千瓦时的能量储存在一个实际上比跑车更小的背包中。

当然，今天人们购买的手机和笔记本电脑仍然比电动汽车多得多。但是，一辆电池电动车需要如此大的电池容量--40到100千瓦时，是智能手机的数千倍--以至于它们极大地增加了全球对锂离子电池的需求。这帮助推动了额外的价格下跌，这已经开始使使用电池来改善电网变得具有成本效益。

2017年，特斯拉在南澳大利亚的Hornsdale风电场完成了大规模电池系统的安装。它的存储容量为129兆瓦时-大约相当于2000部Model3或1000万部智能手机。该系统的所有者是法国可再生能源公司Neoen，该公司认为这是如此成功，以至于计划将其产能扩大50%。

电池的设计是以100兆瓦的速度提供能量。129兆瓦时的存储容量意味着它可以在一个小时多一点的时间内用完。但一小时的闲置产能可能非常有价值。为了确保不间断的服务，电力公司依赖于发电站--通常是燃气发电机--在压力大的时候，这些发电站可以在接到通知后立即启动。由于这些工厂一年可能只运行几个小时，每小时的成本可能会非常高。澳大利亚公用事业公司有时被迫在现货市场上向能够收取高达通常费率50倍的供应商购买电力。

霍恩斯代尔电池使该地区的电力公用事业公司在很大程度上选择退出这个现货市场。Neoen声称，电池已经为该地区的客户节省了数千万美元，同时使该地区的电网不太容易受到停电的影响。

在高峰负荷期间节省公用事业费用对公用事业公司来说是件好事，但对环境的好处可能不是非常显著。巨大的环境效益将在下一阶段出现，届时电网将有足够的电池储存一天中相当大一部分的能源需求。这将允许电网在白天储存相当于几个小时的太阳能，并在晚上将其放电-允许可再生能源提供大部分或最终所有的电力。如果有足够的容量，我们甚至可以跨季节储存能量，从夏季持有多余的太阳能，以保持电子在冬季流动。

那些有助于平衡短期波动的小型快速响应电池可能不是满足这些长期存储需求的最佳选择。还有许多其他电池技术正在开发中-最著名的是液流电池-可能更适合这种存储。而且，无论使用哪种电池技术，都必须与替代的储能方法竞争。其中一些，如抽水发电、压缩空气和蓄热，已经在有限的情况下使用。其他方面，如使用电力生产燃料，仍在开发中。

霍恩斯代尔电池可能是当时世界上最大的电池，但与美国的电力需求相比，它的容量仍然很小。美国每天消耗大约10太瓦时-是霍恩斯代尔工厂产能的7万多倍。随着电池成本的持续下降和可再生能源的激增，未来几年对公用事业规模的电池安装的需求只会增加。在2020年第一季度的收益报告中，特斯拉表示，它在世界各地的地点接到了多个订单，要建造比Hornsdale电池更大的电池系统。