为英国电池热潮提供动力

在内华达州里诺市外的沙漠中，矗立着一座建筑，从上面看，它主宰着其他毫无特色的景观，就其占地面积而言，几乎让地球上任何其他建筑都相形见绌。

这就是特斯拉的Gigafactory 1，一个巨大的锂离子电池工厂，旨在满足该公司对电动汽车电池飞速增长的国内需求，并通过规模经济实现其为大众带来负担得起的电动汽车的愿景。

该工厂建成后，预计年电池生产能力为150GWh，足以供应150万辆汽车。再加上这位特斯拉CEO著名的宣传技巧，这家工厂吸引了相当多的国际关注也就不足为奇了。但Gigafactory1绝不是城里唯一的展览。

事实上，在世界各地，为了降低成本和简化供应链，电池制造商和汽车制造商正在激烈竞争，建立类似的大型工厂，生产将为电动汽车革命提供动力的电池、模块和电池组。

虽然亚洲仍是制造业的大本营(预计到2025年，仅中国的年制造业产能就将达到800吉瓦时)，但欧洲正在迅速扩张。根据目前的计划(包括在德国、瑞典、波兰和匈牙利建设设施)，到2020年，欧洲大陆的产能将达到450GWh /年。

但令许多英国人日益担忧的是，英国目前没有明确的效仿计划:考虑到该国不断增长的电动汽车制造基地和在该领域的历史专长(锂电池是在牛津发明的，日产桑德兰汽车厂旁边的电池厂曾经是欧洲第一家)，这有点令人惊讶。

让我们感受一下事情发展的速度有多快，尽管同一家工厂(现在由中国公司Envision所有)仍然是英国最大的工厂，但与欧洲其他地方计划中的管道规模相比，其年2千兆瓦时的产能相形见绌。例如，世界上最大的电动汽车电池供应商之一——中国CATL公司希望在2020年之前，其德国主要工厂的电池容量达到60吉瓦时。

在最近的一份报告中，英国法拉第研究所(政府旗下价值2.74亿英镑的法拉第挑战基金设立了一个7800万英镑的项目，旨在推动电池技术的发展)该公司警告称，如果不能扩大规模，可能会给英国汽车业带来灾难性后果。人们担心的是，随着汽车生产商转而生产更多的电动汽车，并逐步减少内燃机的生产，进口电池的高昂成本(可能占到一辆电动汽车价值的40%左右)将削弱在中国生产汽车的商业理由。

为了避免这种情况，并利用英国不断增长的电动汽车市场带来的巨大机遇，该组织声称，到2040年，英国将需要建造至少7座20GWh的超级工厂。问题是:这能做到吗?政界和工业界是否有实现这一目标的意愿?

法拉第研究所首席执行官尼尔·莫里斯对前景相对乐观，他告诉《工程师》杂志，虽然时间紧迫，但现有的专业知识和政府支持的结合，使英国成为一个有吸引力的电池投资目的地。

或许，这些吸引力中最明显的是英国目前作为欧洲第四大汽车制造商的地位。虽然未能投资扩大电池规模可能会导致其排名下降，但莫里斯认为，现有的基础对热衷于为其技术开发现成市场的投资者具有吸引力。“电池制造商在设立电池厂时考虑的关键标准之一是靠近汽车制造业，”他说。他补充说，英国前面提到的历史背景——尽管在许多意义上都是一个非常熟悉的错失机会的故事——也是一个积极的因素，它创造了技术工人和设施的遗产，为建设提供了强大的平台。

更重要的是，虽然英国可能还没有超级工厂，但它确实有一些现有的和计划中的制造能力。与桑德兰远景工厂一样，位于捷豹路虎哈姆斯霍尔工厂的一个新的电池组装中心预计也将很快投入运营，该工厂将为捷豹路虎的下一代电动汽车生产电池。

在低产量领域，也有一些有趣的活动，最引人注目的可能是由Unipart和Williams Advanced Engineering合资成立的HyperBat，为阿斯顿马丁(Aston Martin)的Rapid E等高性能电动汽车生产电池。

这不仅仅是汽车行业。电池组组装专家HyperDrive，总部位于桑德兰的Envision ASEC工厂隔壁，通过为JCB和樱桃采摘专家Snorkel等客户开发电池组和电池管理系统，获得了前所未有的增长，这提醒人们，英国电池制造商的机会一直在扩大。Hyperdrive董事总经理兼创始人斯蒂芬•爱尔兰表示:“我们抓住了汽车电池领域的巨大投资，并围绕这些投资设计了我们的产品。”

也许令人惊讶的是，英国还拥有一些电池供应链的关键要素，比如一些最大的电极和电解质生产材料供应商。莫里斯说:“我们在英国有一个化学工业，有可能为电池制造业提供良好的供应。”“他们需要投资并生产略有不同的产品，但我们已经向中国出口石墨，这样他们就可以生产电池卖给我们!”他指出，2019年由先进推进中心和创新英国委托的一份报告(汽车电池- 2019年4月)，他补充说，英国电池制造的规模扩大将为该行业提供重大推动，每年可能开辟48亿英镑的市场份额。

其他不那么明显的吸引力包括，英国在规划和基础设施发展方面相对灵活——这是雄心勃勃的亚洲电池巨头不习惯遇到太多障碍的关键因素;可再生能源在能源结构中的作用也越来越大。他说:“在波兰，用肮脏的燃煤发电站制造大量电池是没有意义的。”“这肯定是电池制造商考虑的问题。”

从Morris的角度来看，最大的优势可能是英国研究基地的实力，以及不同学术和行业团体之间的合作程度。法拉第研究所是为了加速这个研究基地的商业影响而建立的，它是这个动态的核心。

自2017年成立以来，该机构启动了9个重大研究项目，涵盖22所大学，涉及多个行业合作伙伴，莫里斯表示，任何一个合作伙伴都可以发展成为世界领先的电池技术公司。

其中许多项目都集中在提高锂离子电池的性能上。例如，谢菲尔德大学领导的“未来猫”项目，以及巴斯大学的“CATMAT”计划都在寻找改进阴极的方法，以便为电池提供更多的能量。另一项由剑桥大学领导的计划正在探索电池退化和故障的原因，以试图了解如何延长电池的寿命。

还有一些项目正在研究不同的电池技术。例如，圣安德鲁斯大学的研究人员正在探索钠离子电池的潜力，而牛津大学领导的SOLBAT计划正在固态电池开发方面取得重大进展，这是能量存储的圣杯。莫里斯说:“它们的性能可能更高，也更安全，因为它们没有易燃的液体电解质。”

另一个同样由牛津大学领导的项目Nextrode正在研究如何通过改进电极制造工艺来提高电池性能。他解释说:“如果我们能在不改变任何材料的情况下改善微观结构，我们可能会获得更好的性能，这意味着对制造有更好的控制。”

莫里斯说，所有这些活动都有助于建立英国在世界舞台上的形象:“这些项目吸引了汽车和电池制造商的兴趣。这告诉我，我们正在做一些正确的事情，它有可能吸引他们中的一些人来这里投资。我知道，至少有一家电池制造商认为，能够尽早接触到我们可能开发的一些技术，是他们来这里的潜在动力。”

法拉第研究所正在推动新电池技术的发展，而法拉第挑战赛资助的另一个项目——英国电池工业化中心(UKBIC)——正在探索将这些技术投入生产的挑战。

这个价值1.29亿英镑的中心位于考文垂机场附近，占地2万平方米，由沃里克制造集团(WMG)开发，旨在证明新兴电池技术的可制造性，并帮助创新电池公司将其技术投入生产。

作为日产(Nissan)电池厂的前总经理，新中心的总经理杰夫•普拉特(Jeff Pratt)比大多数人更了解大规模生产电池的挑战。虽然UKBIC的规模比超级工厂小得多，但它确实包含了你期望在一个超级工厂中找到的大多数技术(见外框)。更重要的是，它能够以工业速度生产电池。Pratt说:“UKBIC的关键是证明你可以以能够进入市场的速度生产。”“你可以在实验室里开发一项看起来很有前途的技术，但如果你不能以这种速度生产，就无法将其推向市场。”

尽管保密协议禁止他透露他们的名字，但普拉特证实，已经有一些公司签约了该中心，他们希望在进一步投资之前使用该设施生产细胞，以测试并证明市场上有需求。他还希望一些较大的电池制造商将开发工作外包给该网站。“随着设施在全球范围内得到越来越多的利用，他们开发新项目、拆掉生产线、尝试新东西的机会越来越少。”

很明显，英国电池生态系统的联合性质为创新创造了肥沃的气候，这应该会吸引大型电池公司。

但普拉特表示，要让他们采取下一步行动并进行投资，很可能需要欧洲其他地方看到的那种激励措施。德国和法国最近分别宣布了10亿欧元和7亿欧元的财政支持，而波兰和匈牙利则设立了经济特区，为电动汽车电池生产商提供税收减免。他说:“去年9月，政府宣布了一项10亿英镑的基金，以支持第一个超级工厂的建设。现在，它需要具体说明这在实践中意味着什么，以及这种支持应该采取什么形式。”

让第一家工厂下线是一个棘手的问题。但普拉特认为，一旦这些措施到位，就会产生滚雪球效应。他表示:“一旦你建立了供应链，并拥有了第一个超级工厂——扩建或建造其他超级工厂就相对容易了。”

然而，由于这种滚雪球效应已经开始在欧洲其他地方发生，英国迅速采取行动变得尤为重要。莫里斯说:“这里有一种紧迫感。我们越来越落后了。欧洲已经宣布了很多产能，特别是在德国及其周边地区，我们的政府可能在宣布激励措施方面有点慢。毫无疑问，去年英国脱欧的不确定性以及这对政府造成的干扰意味着我们确实需要加快步伐。”

他表示，如果做不到这一点，可能会导致英国汽车业出现某种末日情景。“如果你进口所有的电池，然后出口汽车——这约占我们汽车产量的80%——仅从供应角度来看，你为什么要进口汽车价值的一半呢?”为什么不让汽车更靠近市场呢?如果电池都是在其他地方生产的，那么随着时间的推移，汽车生产可能会迁移到电池生产的地方，你会失去很多工作。”

这是一个令人不安的想法。但莫里斯乐观地认为，政府和工业界都有兴趣应对这种情况。“电动汽车制造商非常希望英国拥有电池制造业，以支持他们在英国的工厂生产更多的电动汽车。我认为，政府希望确保这些就业机会，确保在未来能源结构中的地位，并成为电池生产和电池技术发展的主要参与者。”

普拉特对英国的前景同样乐观:“我们这里肯定有需求。我们有一些大型原始设备制造商，比如东北部的日产(Nissan)和中部的捷豹路虎(JLR)，这还只是汽车行业。只要我们能够吸引企业来英国投资，并将大规模制造业带到英国，我们就没有任何理由不能在未来的投资中分得一杯羹。”

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