《经济学人》：特斯拉的电池大师

 

JB•施特劳贝尔不止肩负制造最先进电动汽车的任务，他想把电池带进一个更广阔的新领域。

 

坐在一辆斯特拉Model S中踩下油门，你的体验和驾驶其他车迥然不同。通常的排气轰鸣变成了低哑的嗖嗖声，车子迅速加速，并且是一鼓作气。这得益于电机的高扭矩，不再需要换挡，因为车里没有变速箱。车厢内，中央控制台上不再有多个按钮和开关，而被一个大型触摸屏占据。成熟的车厂倾向于制造规模适度的电动车，通常是小型车，以便达到昂贵的电池所能支持的续航里程。然而特斯拉，这家硅谷的创业公司，意识到许多新技术的早期使用者多半是有钱人，会更喜欢高性能的四门轿车，既豪华又极为高科技。

 

为何特斯拉选择不同的做法? 首先，它不认为自己是一家汽车厂商。“我更多地把我们视为一家能源创新公司。”杰弗里（“JB”）·施特劳贝尔（Jeffrey “JB” Straubel）说。他是特斯拉的首席技术官，和CEO埃隆·马斯克（Elon Musk）一样是公司的联合创始人。“如果我们可以降低能源存储的价格，这将是我们让电动交通工具变得更普及所能做的最重要的事，”施特劳贝尔说，“再加上可再生能源，我可以一眼望见人类不再需要化石燃料，也不需要花更多钱来实现这种转变。”

 

不难理解施特劳贝尔对能源存储的痴迷。他小心回避Model S所用锂电池组的确切造价，但据信约为Model S基础款7万美元起价的四分之一。更小的Model 3 将在2017年上市。虽然这款新车会和Model S一样具有一些自动驾驶功能，它更多地面向大众市场。但它若要达到预期3.5万美元左右的价格，施特劳贝尔需要把他的电池组成本减少至少三分之一。

 

施特劳贝尔相信，要做到这一点并满足预期的需求，最好的方法是特斯拉生产自己的电池，而且要规模宏大。这是为何他和马斯克正在一件事上押注：和日本的电池供应商松下共同出资在内华达建造价值50亿美元的“超级电池工厂”（gigafactory）。该工厂计划在2020年前生产出等同于全世界今年一年用量的锂电池。

 

坚持大胆、独立行事在过去就为施特劳贝尔带来了成功。当为Model S研究充电系统时，他否绝了现有的行业标准，因为它们传输的电量太少。他没有等着和其他车商达成协议来寻求通用的充电插座，而是设计出了自己的专用插座。该公司的超级充电站在公共场所为特斯拉车主提供免费充电，能在40分钟里充电约80%。它们如今组成了全世界最大的快速充电网络。

 

施特劳贝尔对电池本身也持不同见解。大部分电动车制造商选择大尺寸的电池，但Model S以及它之前的特斯拉Roadster车型由约7000颗单个锂电池供电。Roadster的电池起初是在行业内广泛使用的标准锂电池，可以在笔记本电脑这样的设备中找到。但Model S的电池被彻底重新设计。许多电池排放在电池组内，它们相互连接，而液态冷却系统则交织铺设在它们之间，以防在事故中起火（车辆损坏导致的短路和充电错误会引发锂电池起火）。

 

“一顿午饭是特斯拉的起源”

 

 

特斯拉汽车总会变得与众不同。38岁的施特劳贝尔在14年前建造了他的第一辆全尺寸电动车（他在14岁时重新组装的高尔夫球车不算）。这是一辆1984年产的保时捷944，配备了两套电动马达和380公斤的旧式铅酸电池：一个笨重的设计，但之后在加州举行的直线竞速赛车中，它成了全世界最快的电动车。

 

“我热爱沉浸在正在建造的东西之中的感受。如果你驾驶、骑行或者飞翔它，还会更兴奋有趣。”有私人飞行执照的施特劳贝尔说。他从斯坦福大学能源工程系硕士毕业后，和哈罗德•罗森（Harold Rosen，第一颗同步轨道卫星的设计师）一起建造全新的车辆混合驱动系统。该系统使用涡轮机发电，并用高速转动的惯性轮按需存储和释放动能。虽然这种创新组合成功了，但保守的车商拒绝投资，因为这一步跨越得太远了。不过，两人把这项技术授权给了一家为商用车辆制造惯性轮的公司。施特劳贝尔和罗森接着又为飞机制造氢电池供电的电动引擎，后来授权给了波音公司。

 

这时施特劳贝尔遇到了马斯克。马斯克因为把他的PayPal数字支付公司卖给了eBay而刚刚晋身为亿万富翁。“一顿午饭是特斯拉的起源，”施特劳贝尔说，“大部分时间我们都在聊电动飞机。但快聊完时我说，我正在搞一个有趣而疯狂的汽车项目，尝试建造能跑1000英里的锂电池组。”

 

距离这个梦想尚有差距。相比顶级Model S宣称的440公里里程数，Model 3的里程数可能只有322公里（200英里）。但因为特斯拉计划销售10倍于Model S数量的Model 3，对可靠的电池供应商的需求就变得至关重要。因而有了超级电池工厂计划。即使在扩大生产之时，特斯拉仍需创新电池化学和制造技术。虽然新电池很可能仍是小尺寸，它们确切的规格还没有定下来。

 

施特劳贝尔坚称这一策略的风险没有看上去可能的那么大。他指出，如今生产Model S电池的设备和近10年前生产Roadster电池的设备很相似，即使电池产生的能量增加了一半，且它们的化学过程显著改变。Roadster电池使用氧化钴做阴极，而Model S使用氧化镍铝铜。所带来的差异，施特劳贝尔说，是能量密度极大提升，寿命变长，运行温度更高（意味着需要更少的冷却）。除化学外，特斯拉也在为电池研发其他新特征。

 

其思路是，受益于规模经济，超级电池工厂生产的电池会明显比成熟厂商生产的电池便宜。“今后10年，事情将会变成：我们专注于生产以满足世界能量存储的需求，而不是等待电池技术发生彻底变化带来成本降低。”施特劳贝尔说。

 

 

并非所有人都认同这一点。技术分析师公司Lux Research的报告预测，超级电池工厂只会带来电池成本的小幅下降，而其超过50%的产能会过剩。“其他企业大多不相信电池数量的增长会达到它实际将增长的那么快，” 施特劳贝尔反驳道，“他们不明白成本和产量之间的紧密联系。我们正处在一个重要关口，成本的小幅下降会带来数量上不可思议的极大增长，因为汽车工业如此庞大。”

超级电池工厂生产的电池并不都会被装进汽车中。一些会安置在该公司的超级充电站，以应对几辆车同时需要充电造成的需求突增。另一些会在特斯拉的装配工厂中使用，在电力价格便宜时尤其是晚间存储能量，以便在电力价格上涨时使用。

 

电池照亮清洁能源前程

 

 

通过电池存储可再生能源可能在未来几年里给特斯拉带来最大的机遇。潜力是巨大的，施特劳贝尔说。“在许多情况下，经济效益已经越过了临界点，能在非常大的规模下用电池组有效存储可再生能源。”可再生能源如风力或太阳能的主要问题是当用电需求高时，风不总在吹，太阳也不总在照耀。这要求公用事业公司维持额外的发电站以弥补缺口，通常是用化石燃料发电。电池却能在可再生能源发电时存储电能，并在需要时释放电能。

 

加州约1000户家庭已经在光伏发电板旁装设了特斯拉电池组，这些电板是从马斯克的另一家公司“太阳城市”（Solar City）租赁的。这些电池组让居民们可以在断电时继续运行电器，或在电价高时转用电池。但它们也意在扩大居民从净用电量计费（net metering）政策中获得的回报，该政策让居民用户可以把多余的电卖给公用事业公司。

 

特斯拉的居民用电池因为与电网连接不顺，被采纳的速度没有像施特劳贝尔希望的那么快。“公用事业公司往往天生非常保守。”他说。不过，他认为良好的经济效益会说服公用事业公司明白其益处。

 

施特劳贝尔认为，随着电池改善其安全性，增加可存储的能量，新的电动产品将被生产出来。他的话题又回到了他的另一个兴趣：“在可预见的未来，电动飞机会成为一个有趣又非常吸引人的选择。”美国、中国和欧洲已经建造了各种电动小飞机。空客公司最近成立了法国分公司来制造名为E-Fan的机师培训两人座飞机。这架飞机由电动马达驱动装在后机身两侧的一对函道风扇。这家欧洲航空巨头还在研究建造一架电动直升机和90座电动短途客机的可能性。

 

目前有几项进展可能会增加一块电池可存储的能量。比如，斯坦福大学的一个团队正在研究把锂电池中使用的锂基阳极包裹在一层碳“纳米球”薄膜中。这会让更多的锂在阳极中安全使用（正是锂的高化学反应性让电池有起火风险）。研究人员认为，这一覆盖层会让同等重量的一块锂电池存储的能量达到目前的约5倍。

 

这类创新仍处在实验室阶段，要成为商业现实尚需时日。未来，或许甚至连锂都可能被新奇的电池材料取代。“没人比我更希望我们能拿出一种新技术，把今天的化学方式淘汰掉，” 施特劳贝尔说，“那样我们可以以更低的价格卖出更多车。但我们不会坐等这一天。”