革命才刚刚开始，在电池热潮结束之前，还将有更多的财富被创造出来！

1989年，苹果公司发布了它的第一款笔记本电脑Macintosh Portable。当时，它的售价高达7,300美元。更令人沮丧的是，它的重量超过了7公斤，其中大部分重量都是来自铅酸电池。

Macintosh Portable

32年后的今天，我们的笔记本电脑大都由轻得多的锂离子或锂聚合物电池供电，价格也下降了许多。但电池寿命还是一样的，仍然是10小时左右。

换句话说，曾经在芯片领域出现的“摩尔定律”似乎并没有在电池身上重演。那么，几十年来，电池领域的进步体现在哪里呢？

“摩尔定律”不万能

我们如今的生活简直可以说是与“电”共舞。不仅我们的手机、笔记本电脑、电动工具、汽车、轮船和飞机需要电池，而且还需要电池来储存清洁能源所发的电。电池俨然已经成了人类经济“去碳化”的关键。

而也恰恰是海量的海量的市场需求使得电池行业吸引了大量的资本，同时有大量的现金流向先进电池的研发。

自然而然的，我们会联想到如果电池能像摩尔定律那样呈指数增长可就太好了。但很遗憾，这永远不会发生。

戈登·摩尔（Gordon Moore）本人在1965年提出了对后世影响深远的“摩尔定律”（Moore’s Law）。他当时在文章中预测，在未来10年中，我们每年都能将数字集成电路中的元件数量翻一番（事实证明他还是低估了）。

但与此同时，他还说，同样的性能提升不会发生在储能设备（电池）上。那么，二者差别出现在哪里呢？

原来，在数字电子技术中，你所需要做的就是检测一个电压（或者不检测），以确定一个二进制数字是“1”还是“0”。而电压所能驱动的实际电流量其实并不重要。因此，你可以反复将每个晶体管中的物质数量减半，而电路仍然可以运行。

然而，对于电池来说，我们需要将能量储存在一种材料中，使用一种可逆的机制，以便我们以后可以利用这种能量。但也因为我们把物质尽可能地装满了能量，所以把物质的数量减半，我们可以储存的能量也就会减半。

时至今日，化学电池也只能产生低电压，因此你需要将大量的化学电池串联起来以获得高电压，同时也需要许多电池并联起来，以便于它们的制造和功率提升。例如，即使是最普通的9伏电池也包含六个独立的1.5伏电池。

这样看来，电池领域永远不会有“摩尔定律”。

但这似乎又与我们的日常认知不太相符，毕竟在过去30年里，电池行业出现了令人震惊的巨大进步。那么，其进步体现在哪里呢？

根据麻省理工学院博士后Micah Ziegler和副教授Jessika Trancik今年发表于《能源与环境科学》（Energy and Environmental Science）杂志上的一篇论文，以单位能量容量的价格衡量，自1991年首次在市场上推出以来，锂离子电池成本已经下降了97%。在1992年至2016年期间，所有类型电池的单位能量容量的实际价格每年下降13%。

这些优化伴随着电池变得更加环保、对稀土元素的依赖性更低、更容易制造、更可靠以及寿命更长。研究人员发现，这一优化速度比许多分析家声称的要快得多，与太阳能光伏板的优化速度相当。而最典型的案例就是时下正火热的车载动力电池市场

另外，对于电网规模的存储，研究人员正试图跳过小型单体电池的集合，并且正在试验在固定电池场中储存能量的大容器。我们现在也开始看到公用事业规模的储能试验，其中化学已被重力所取代，代表如抽水蓄能电站。

的确，电池及其制造技术的每一个小改进都会带来丰厚的回报。但是，试图量化这种成本下降趋势的举动产生了模糊和矛盾的结果，妨碍了对电池技术的未来预判和制定对应政策及研究重点。

关于价格下降的不同结论

很明显，一些清洁能源技术如太阳能和风能的成本已经大幅下降，但Trancik说，当他们开始研究锂离子电池的价格下降时，他们发现，对于这些技术的成本下降速度，各界存在很大的分歧。类似的分歧也出现在追踪电池发展的其他重要方面，例如不断提高的能量密度（在一定体积内储存的能量）和比能（在一定质量内储存的能量）。

Trancik说：“这些趋势对于我们走到今天这一步，以及对于思考未来可能发生的事情，都是非常重要的。”例如，尽管人们都知道电池成本的下降是近期电动汽车销量增长的一个重要推动因素，但目前尚不清楚这种下降幅度到底有多大。

“通过这种详细的分析，我们能够确认，锂离子电池技术在其成本方面得到了优化，其优化速度与太阳能技术相当，特别是光伏组件，它们经常被视为清洁能源创新的黄金标准。”她说。

关于锂离子电池成本下降了多少，以及哪些因素导致了这种下降，存在如此大的不确定性和分歧。这看起来可能有些奇怪，但事实上，大部分信息都是企业的机密，研究人员很难获得这些数据。

而且，大多数锂离子电池并不直接卖给消费者（你不可能跑到街角的杂货店为你的 iPhone、 PC 或电动汽车购买替换电池）。相反，制造商购买锂离子电池，并将其用于电子产品和汽车。像苹果或特斯拉这样的大公司每年以数百万计购买电池，或自己制造电池，其价格是通过谈判或内部核算的，但从未公开披露。

除了有助于推动正在进行的交通电气化，锂离子电池成本的进一步下降也可能增加电池在固定应用中的使用，尤其作为对太阳能和风能等清洁能源间歇性供应的一种补偿。

“我怎么强调清洁能源创新的重要性都不为过，除了汽车的快速电气化，我们也看到可再生能源技术的快速增长，其在帮助遏制全球气候变化和温室气体排放方面发挥重要作用。”Trancik说。“当然，在应对气候变化方面还有很多事情要做，但清洁能源确实是一个Game Changer。”

Ziegler指出，这些新发现不仅仅是追溯电池发展的历史，而且有助于指导未来的发展。通过对所有已发表的关于降低锂离子电池成本的文献进行梳理，他发现“对历史上的改进有非常不同的衡量标准。在各种不同的论文中，研究人员利用这些趋势对如何进一步降低锂离子技术的成本或何时达到成本目标提出建议。但是，由于基础数据差异很大，研究人员提出的建议可能会有很大不同。”

一些研究表明，锂离子电池在某些应用中的成本下降速度不够快，而另一些研究则更为乐观。这种数据上的差异最终会对确定研究优先事项和政府激励措施产生实际的影响。

可能存在的低估

研究人员深入调查了已发表数据的原始来源，在某些情况下，发现某些原始数据被用于后来被引用为独立来源的多项研究，或者原始数据来源已经在途中丢失。虽然大多数研究只关注成本，但Ziegler说，这样的单维分析显然可能低估了锂离子技术的改进速度；除了成本，重量和体积也是汽车和便携式电子产品的关键因素。

“锂离子电池起初之所以没有被采用，是因为它们是当时最贵的技术，”Ziegler说。“当时有更便宜的电池技术可供选择。后来锂离子技术被采用是因为它可以让你把便携式电子产品做得足够小，也可以让你制造出续航时间更长、功率更大的电动工具，还可以为电动车提供足够的驾驶里程。”

这样看来，只以每千瓦时的价格来衡量电池的发展的确有失偏颇。

“我们认为，锂离子技术在某些应用领域的改进速度，可能会比只看一项性能指标所预测的要快。通过观察多种测量方法，你基本上可以得到一个更清晰的改进率，这表明，在质量和体积限制放宽的情况下，它们可能会改进的更快。”Ziegler说。

Trancik补充说，这项新研究可以在能源相关的政策制定中发挥重要作用。她说：“随着时间的推移，少数清洁技术，如风能、太阳能和现在的锂离子电池，其公布的数据趋势往往被反复引用，不仅是在学术论文中，也出现在政策文件和行业报告中。许多重要的气候政策结论是基于这几个趋势。出于这个原因，把它们做对是很重要的。我们确实需要谨慎对待这些数据，并在处理技术数据和跟踪这些趋势方面全面提高我们的水平。”

“电池成本决定了电动汽车与电动汽车的价格平衡。”卡内基梅隆大学机械工程系副教授Venkat Viswanathan说，“因此，预测电池成本的下降可能是准确了解电动汽车普及情况的最关键挑战之一。”

Viswanathan补充说，“成本下降的速度可能比以前想象的要快，这一发现将推动电动车更快的普及，由此带来成本进一步下降，并形成正向循环。”

参考资料：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ee/d0ee02681f#!pAbstract