為應(yīng)對(duì)全球氣候變暖帶來的惡劣影響，眾多汽車制造商加快了大規(guī)模生產(chǎn)電動(dòng)汽車的步伐，不排放溫室氣體、拔插充電式的
電動(dòng)車的研發(fā)呈燎原之勢(shì)。例如，日本汽車制造商日產(chǎn)公司曾透露，其首批大規(guī)模生產(chǎn)的電動(dòng)汽車將于今年在日本和美國(guó)上市。有人估計(jì)，到2020年，電動(dòng)汽車將至少占據(jù)全球汽車銷量的10％。
電動(dòng)汽車使用電池而不是化石燃料來供給動(dòng)力，因此，電動(dòng)汽車電池被稱為二十一世紀(jì)的“新的石油”。一個(gè)國(guó)家如果擁有了生產(chǎn)該種電池的能力，不僅可以減少對(duì)原油和原油生產(chǎn)國(guó)的依賴，還將在一定程度上確保自己未來的能源安全。
各方攜手，蓄勢(shì)待發(fā)
南非已經(jīng)認(rèn)識(shí)到電動(dòng)汽車電池市場(chǎng)的重要性和廣闊前景。一些政府部門、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)正在攜手推動(dòng)南非電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其中包括：南非科學(xué)和工業(yè)研究會(huì)（CSIR）、工業(yè)發(fā)展公司（IDC）、貿(mào)易和工業(yè)部（DTI）、優(yōu)化能源公司（該公司已經(jīng)設(shè)計(jì)出南非本土的電動(dòng)車）和其他商業(yè)實(shí)體。
作為政府實(shí)體的IDC正在評(píng)估在南非發(fā)展電池制造產(chǎn)業(yè)的商業(yè)可行性。IDC公司認(rèn)為，電池 或者任何能量存儲(chǔ)介質(zhì) 對(duì)未來極為重要。據(jù)IDC戰(zhàn)略影響項(xiàng)目部高級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理理提夫 布呂韋爾介紹，早在2008年4月，IDC就針對(duì)未來可能被采用的替代和綠色交通機(jī)制開始進(jìn)行商業(yè)調(diào)查。布呂韋爾說：“我們正在調(diào)查大尺寸鋰離子電池技術(shù)，我們預(yù)期，這種電池的第一市場(chǎng)將是電動(dòng)汽車；潛在的第二市場(chǎng)則是固定的能量?jī)?chǔ)存設(shè)備�！�
布呂韋爾表示，目前IDC是該項(xiàng)目的推動(dòng)者，不過，該項(xiàng)目的性質(zhì)尚未確定。該公司正在與一些能夠在該項(xiàng)目的研發(fā)中發(fā)揮重要作用的南非本地及國(guó)際機(jī)構(gòu)簽署各項(xiàng)合作協(xié)議。至于該項(xiàng)目所涉及的全部資金，IDC目前還不能給出確切的數(shù)字，這必須在項(xiàng)目的可行性評(píng)估完成后才能確定。
布呂韋爾說：“研發(fā)重點(diǎn)仍然是改進(jìn)電池技術(shù)，以使電池更便宜、更安全和更持久。但就像其他技術(shù)一樣，電池研發(fā)技術(shù)最終必將進(jìn)入市場(chǎng)，由消費(fèi)者來判斷它是否夠好，從而促使我們進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。我們還深信，起步較早的公司可能贏得最多�！�
南非貿(mào)易和工業(yè)部長(zhǎng)羅布 戴維斯先生證實(shí)，貿(mào)工部正在探討如何使電動(dòng)汽車電池生產(chǎn)本土化的途徑。他說，南非標(biāo)準(zhǔn)局（S
ABS）迄今通過了兩項(xiàng)電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)，而且正在研究國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織發(fā)布的其他幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，并考慮將之納為南非國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。他還補(bǔ)充說，貿(mào)工部和南非國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局還準(zhǔn)備對(duì)電池測(cè)試設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擴(kuò)充，以滿足不同類型的電池 包括電動(dòng)汽車電池的測(cè)試需求。
鋰離子電池脫穎而出
鋰離子電池首次提出是在20世紀(jì)70年代。鋰離子電池雖然簡(jiǎn)單，但在目前所有已知的可充電系統(tǒng)中，它能提供的電力最大，從而在眾多技術(shù)中脫穎而出。1991年，索尼公司推出了第一款商業(yè)化的鋰離子電池，從而徹底改變了電池市場(chǎng)的面貌。現(xiàn)在，鋰離子電池也廣泛出現(xiàn)在汽車、醫(yī)療、國(guó)防和航空航天等領(lǐng)域。
鋰離子電池的三個(gè)主要功能部件是陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)。商業(yè)上最流行的陽(yáng)極材料是石墨碳。陰極一般是下列三種材料之一：具有分層結(jié)構(gòu)的鋰金屬氧化物；具有橄欖石型結(jié)構(gòu)的磷酸鋰；或者具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的鋰錳氧化物。陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)所用的材料不同，鋰離子電池的電壓、容量、壽命和安全性會(huì)有顯著不同。
大家公認(rèn)，鋰離子電池使用的陰極材料的發(fā)明者是美國(guó)教授約翰 古迪納夫，但這種材料上也凝聚了其他很多研究人員的心血，其中就包括南非科學(xué)和工業(yè)研究會(huì)（CSIR）的邁克爾 薩克雷博士。薩克雷博士在20世紀(jì)80年代的研究導(dǎo)致了具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的鋰金屬氧化物電極材料的發(fā)現(xiàn)，根據(jù)使用的金屬不同，這種材料既可作為電池的陽(yáng)極，又可作為電池的陰極。
1992年，對(duì)鋰電池的研究支持了10年之后`，CSIR決定停止對(duì)該技術(shù)的投資。1994年，薩克雷應(yīng)邀到美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建和領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)新型鋰電池材料項(xiàng)目。CSIR的電池研究隨后停止。
薩克雷現(xiàn)在擁有35項(xiàng)專利。他強(qiáng)調(diào)，發(fā)展鋰離子電池技術(shù)對(duì)保證無油的未來“非常重要”。以運(yùn)輸為例，鋰離子電池極有可能在所有電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)“唱主角”。目前的混合動(dòng)力電動(dòng)車，如豐田的普瑞斯（Prius），均采用鎳氫電池，而這種電池不太可能用于所有的電動(dòng)汽車或插入式混合電動(dòng)汽車，因?yàn)榕c鋰電池相比，它提供的電力有限，充電一次無法支持汽車行駛一個(gè)可以接受的車程。因此，在運(yùn)輸領(lǐng)域，鋰離子電池似乎擁有最美好的未來。
再續(xù)前緣，搶抓機(jī)遇
然而，隨著電動(dòng)汽車的出現(xiàn)，CSIR現(xiàn)在又重新恢復(fù)了鋰離子電池的研發(fā)，并于2009年成立了電池研究中心（BRC）。該中心主任姆克胡盧 馬泰博士說，在獨(dú)立開展研究的同時(shí)，該中心還與薩克雷密切合作。“這有助于我們把握電池技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，掌握實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的技能”，他指出。
馬泰說：“目前，設(shè)備正源源不斷地到來。我們正在制定研究計(jì)劃，并與工業(yè)界和大學(xué)建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系。”BRC的最終目的是要在鋰離子電池的應(yīng)用方面成為企業(yè)和高等教育機(jī)構(gòu)的研究和合作伙伴。
那么，與世界上其他電池技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)相比，BRC有什么特別之處？換句話說，南非的電池研發(fā)將依靠什么取得成功？
馬泰說，電池行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，沒有人會(huì)真正揭秘自己的研究。不過，南非的電池研究將集中在電解質(zhì)領(lǐng)域，以改善電池的壽命和容量。同時(shí)還重點(diǎn)考慮如何使電池更容易回收。馬泰介紹說：“我們也在考慮在陽(yáng)極化學(xué)領(lǐng)域使用納米材料，這些將使我們的研究與眾不同�！�
同時(shí)，南非擁有電池生產(chǎn)所需的眾多原材料。馬泰解釋說，生產(chǎn)鋰離子電池需要磷、鈷、鎳、錳，這些南非都有。雖然該國(guó)并沒有大規(guī)模的鋰礦床，但根據(jù)南非地質(zhì)科學(xué)研究會(huì)的調(diào)查，非洲國(guó)家如津巴布韋、納米比亞、尼日爾、加納、科特迪瓦、塞內(nèi)加爾和馬里等都有鋰礦資源。
馬泰同意布呂韋爾關(guān)于“先開發(fā)者收益大”的判斷。他認(rèn)為，電動(dòng)汽車將在2010年開始大量推出，所以有3年至5年的緩沖時(shí)間來進(jìn)入汽車電池市場(chǎng)，這就是為什么CSIR要趕在2010年2月生產(chǎn)出第一個(gè)小型（50分硬幣大小）鋰離子電池的原因。
馬泰計(jì)劃在2011年中期推出電動(dòng)汽車鋰離子電池原型，“那將是一個(gè)準(zhǔn)備就緒的電池，像優(yōu)化能源這樣的公司可以在他們的車上測(cè)試電池性能。”
馬泰說，同標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)燃機(jī)的汽車相比，電動(dòng)汽車仍然是昂貴的。其中電池大約占了電動(dòng)汽車成本的25％。但是，如果在本地生產(chǎn)，可以將其削減到約15％。除了保證能源安全，在南非生產(chǎn)鋰離子電池也將使電動(dòng)汽車的價(jià)格更有競(jìng)爭(zhēng)力，從而逐漸為本地客戶所接受。
電池產(chǎn)業(yè)本土化成關(guān)鍵
位于開普敦的優(yōu)化能源公司計(jì)劃在2010年開始試生產(chǎn)自己研發(fā)的電動(dòng)汽車 “焦耳（JOULE）”，并在2012年開始大量生產(chǎn)，初始為500輛，2015年擴(kuò)大到60萬輛，其中一部分瞄準(zhǔn)出口市場(chǎng)。
“焦耳”是鋰電池驅(qū)動(dòng)的5座轎車，最高速度預(yù)計(jì)可達(dá)每小時(shí)135千米，充電一次可行駛300千米。
優(yōu)化能源公司技術(shù)總監(jiān)格哈德 斯沃特認(rèn)為進(jìn)口臃腫笨重的電池毫無道理。他說：“從亞洲開往南非的船舶上裝滿了電池，我們把大量金錢花在這上面沒有任何意義�！�
斯沃特說：“建立一個(gè)本土電池產(chǎn)業(yè)擁有很多優(yōu)勢(shì)，要滿足‘焦耳’汽車每年1.8億度的電力需求，本土制造的電池是必要而又關(guān)鍵的。”他說，大尺寸的鋰離子電池（相對(duì)于小尺寸，例如筆記本電腦電池）目前還沒有成為一種商品，在世界任何地方都還沒有真正大規(guī)模生產(chǎn)。因此目前是一個(gè)機(jī)會(huì)，來建立新的電池生產(chǎn)工廠并不斷提高效率，南非工程師善于做這樣的事情。
斯沃特最后指出，優(yōu)化能源公司對(duì)汽車電池有一些簡(jiǎn)單而又必須的要求，在南非生產(chǎn)的任何電池要獲得商業(yè)上的成功，都必須滿足這些要求。
“這些電池需要滿足電動(dòng)車輛對(duì)安全、性能、成本和壽命的嚴(yán)格要求。‘焦耳’汽車的電池成本需要低于250美元/千瓦時(shí)，能量密度要大于130瓦時(shí)/千克，至少有7年的工作壽命。”
“如果南非制造的電池可以持續(xù)達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，它們將暢銷世界各地�！�
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