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雖然美國已經(jīng)擁有一系列可以使電網(wǎng)脫碳的技術(shù)，但社會、經(jīng)濟和政治障礙可能會影響這些技術(shù)在遏制氣候變化所需的時間范圍內(nèi)部署。這一觀點強調(diào)了部署電池儲能系統(tǒng)面臨的兩大障礙：成本和材料。特別是主流的電池儲能技術(shù)中的成本通常仍然高得令人望而卻步。麻省理工學(xué)院的一個研究團(tuán)隊探索了美國政府制定和發(fā)布的一系列政治和經(jīng)濟戰(zhàn)略，以更快地促進(jìn)儲能部署和降低成本。報告指出，成本上升的一個關(guān)鍵因素是電池材料的相對價值較高。而規(guī)模較小而集中的供應(yīng)鏈凸顯了電池材料的關(guān)鍵性，從而提高了價格，并對快速擴大規(guī)模提出了挑戰(zhàn)。這既有技術(shù)解決方案，也有經(jīng)濟解決方案的原因，麻省理工學(xué)院的對其中一些原因進(jìn)行了分析。在通常情況下，企業(yè)的競爭優(yōu)勢（即專有設(shè)計和制造）與更具成本效益的生產(chǎn)（即集中化和標(biāo)準(zhǔn)化等）之間存在一些矛盾的關(guān)系，必須通過政治和經(jīng)濟激勵加以克服。最終，公共和私人投資領(lǐng)域需要更大的緊迫性，以便通過快速開發(fā)和部署最佳解決方案來應(yīng)對氣候變化。


防止進(jìn)一步氣候變化的最關(guān)鍵解決方案之一是電力部門的脫碳。根據(jù)美國能源信息署(EIA)發(fā)布的數(shù)據(jù)，2020年，電力部門產(chǎn)生的碳排放總量約占美國碳排放總量的32%。通過利用可再生能源（例如風(fēng)能和太陽能等），可以在不釋放二氧化碳的情況下生產(chǎn)能源，二氧化碳是引起全球變暖的主要污染物。然而，可再生能源面臨間歇性發(fā)電問題，因為其供應(yīng)依賴于不可預(yù)測且超出人類控制的天氣條件，這與可以隨時提供更多電力的化石燃料發(fā)電設(shè)施相比存在顯著的差異。有多種解決方案可以解決間歇性問題并確保始終滿足電力需求：例如可以過度建設(shè)可再生能源發(fā)電設(shè)施，以便在日照或風(fēng)力不足時生產(chǎn)的電力仍能滿足供電需求。然而，這種方法代價高昂，并且必然出現(xiàn)棄電現(xiàn)象。另一種解決方案是在日照或風(fēng)力不足期間使用數(shù)量有限的可控能源供應(yīng)（例如綠色氫氣和核電等），在理想情況下通常是不產(chǎn)生二氧化碳的清潔能源（例如綠色氫氣、氨氣、生物燃料等）。然而，當(dāng)使用碳中和工藝生產(chǎn)時，這些新興技術(shù)仍難以達(dá)到可行的成本和性能指標(biāo)。雖然需要采用多種方法，但儲能系統(tǒng)是一個非常有前景的解決方案，并且提供了廣泛的設(shè)計選擇空間。

采用儲能的前提是在電力供應(yīng)充足時將可再生能源提供的電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量，例如熱能、電化學(xué)能、機械能等，可以儲存和釋放以滿足供應(yīng)期間的需求。100多年來，抽水蓄能發(fā)電設(shè)施一直是一種成功且得到充分證明的儲能形式；根據(jù)美國能源部(DOE)的數(shù)據(jù)，抽水蓄能的儲能容量目前占美國所有公用事業(yè)規(guī)模儲能系統(tǒng)儲能容量的95%。然而，需要更多的儲能容量來使電網(wǎng)在更大程度上脫碳：根據(jù)美國能源信息署(EIA)的調(diào)查報告，美國目前僅部署了不到2GW的公用事業(yè)規(guī)模儲能系統(tǒng)，而到2050年可能需要數(shù)千吉瓦的儲能系統(tǒng)以促進(jìn)深度脫碳。抽水蓄能發(fā)電設(shè)施的規(guī)模很難擴展，因為它通常只對大型資本密集型儲能項目有利可圖，而且部署地點受到地理和許可限制的限制。此外，電網(wǎng)是一系列服務(wù)，每個服務(wù)都依賴于不同的特征能源和電力需求、響應(yīng)時間等，因此需要采用一系列儲能解決方案。用于幫助確定儲能技術(shù)在技術(shù)上和經(jīng)濟上適合的應(yīng)用最常用指標(biāo)是“持續(xù)時間”，它也代表給電池完全充電或充電所需的時間。因此，可以探索在各種持續(xù)時間運行的選項。由于它們提供的巨大設(shè)計空間可以實現(xiàn)一系列持續(xù)時間以及本文討論的其他好處，電池為儲能項目提供了一系列具有發(fā)展前途的儲能技術(shù)。

電池是一種電化學(xué)存儲設(shè)備，它利用“氧化還原”反應(yīng)之間的能量差異來轉(zhuǎn)換電能，從而將電能存儲為化學(xué)能或從化學(xué)能存儲電能。與其他形式的儲能技術(shù)相比，電池具有許多潛在優(yōu)勢。例如由于電化學(xué)反應(yīng)能夠直接釋放電能（通常在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下），因此通常比脫碳電網(wǎng)（廣義上是電氣化電網(wǎng)）中的熱化學(xué)反應(yīng)更有效。

此外，還有許多不同的氧化還原反應(yīng)儲能方案可供選擇，為基于應(yīng)用的儲能技術(shù)提供了廣闊的設(shè)計空間。例如，考慮消費電子產(chǎn)品中使用的商業(yè)電池的種類，這些電池僅代表可用于使用各種架構(gòu)的電網(wǎng)規(guī)模電池儲能系統(tǒng)的一小部分：鋰離子電池、鉛酸電池、鎳鎘電池、鋅碳電池等。此外，電池儲能系統(tǒng)幾乎可以部署在任何地方，這與通常需要特定地理位置的儲能地點的熱儲能或重力儲能設(shè)施不同。這些好處使電池不僅可以用于脫碳以外的電網(wǎng)運營，還可以作為輔助服務(wù)提供更多價值；例如電池有助于提高能源獨立性和可靠性?？紤]波多黎各的電網(wǎng)在2017年颶風(fēng)瑪麗亞期間崩潰。由可再生能源發(fā)電設(shè)施和儲能系統(tǒng)組成的分布式微電網(wǎng)設(shè)計可以防止災(zāi)難性的大規(guī)模停電。這是因為分布式發(fā)電減少了輸電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和改造（例如電力線路和電線桿），而這些輸電設(shè)施是為了分配能量，但容易受到極端天氣事件的影響。

此外，分布式能源生產(chǎn)消除了單點故障的可能性。當(dāng)然還需要考慮當(dāng)?shù)卣魏徒?jīng)濟獨立問題。許多國家并不擁有大量的經(jīng)濟可行的化石燃料資源，因此向可再生能源部門的轉(zhuǎn)變可以促進(jìn)國內(nèi)能源生產(chǎn)，減少能源進(jìn)口需求，從而增強地緣政治自由度。美國尤其認(rèn)識到能源依賴可能帶來的經(jīng)濟挑戰(zhàn)，因為在上世紀(jì)70年代和80年代經(jīng)歷了地緣政治引發(fā)的石油短缺。

如今有許多類型的電池技術(shù)，每種電池都具有不同的原型架構(gòu)，其中許多架構(gòu)可以容納一系列化學(xué)物質(zhì)，并且提供多種選擇。鋰離子電池（LIB）被認(rèn)為是主流的電池技術(shù)；在上世紀(jì)90年代及以后，鋰離子電池主要應(yīng)用在電子和移動設(shè)備，而近年來，鋰離子電池主要應(yīng)用在固定式儲能系統(tǒng)和電動汽車(EV)這兩個大規(guī)模市場。大多數(shù)被考慮用于電力行業(yè)的電池技術(shù)仍然相對不成熟，可能需要大量的嘗試攻研究，但迄今為止實現(xiàn)的項目部署規(guī)模小或商業(yè)化運營有限，通常是因為仍然表現(xiàn)不佳或僅適用于電網(wǎng)應(yīng)用。此類技術(shù)的示例包括氧化還原液流電池(RFB)和金屬空氣電池(MAB)。

根據(jù)國際能源署的預(yù)測，到2030年，二氧化碳排放量的大部分減少將來自當(dāng)今市場上已經(jīng)部署或上市的技術(shù)，到2050年，大約一半的碳減排量將依賴于目前處于示范或原型階段的能源技術(shù)。因此，政府和社會在技術(shù)上正走在應(yīng)對氣候變化的正確道路上。然而，還有許多其他潛在的社會、經(jīng)濟和政治障礙需要克服，以確保以足夠快的速度部署最佳能源技術(shù)，以使這些減少的幅度足以防止更大規(guī)模的損害（圖1）。雖然這些考慮因素并不獨立于技術(shù)方面，但它們可能需要不同的方法和解決方案。這項工作探討了在更廣泛的電池部署中的兩個關(guān)鍵挑戰(zhàn)：電池成本和材料限制。一系列具有合適性能特征的電池技術(shù)已經(jīng)存在，但高昂的前期成本可能會延遲或阻礙更廣泛的采用，特別是在目前的低生產(chǎn)規(guī)模下。最后，即使特定的電池技術(shù)滿足必要的成本和性能指標(biāo)，其關(guān)鍵元件的可用性和供應(yīng)鏈也可能會阻礙快速和深度集成。因此，必須盡快解決這些問題，以實現(xiàn)關(guān)鍵的脫碳目標(biāo)。這項工作探討了克服或規(guī)避這些障礙的經(jīng)濟和政治策略。


關(guān)鍵障礙1：電池成本

成本是電池能否用于電網(wǎng)儲能應(yīng)用的核心考慮因素。與醫(yī)療設(shè)備、消費電子產(chǎn)品、電動汽車等其他電池市場不同，電網(wǎng)應(yīng)用需要成本低得多的清潔能源解決方案才能與廉價的化石燃料發(fā)電設(shè)施進(jìn)行競爭。由于電網(wǎng)部署需要大規(guī)模的投資，通常需要獲得融資（例如貸款），因此資本成本歷來是可再生能源采用的主要障礙，因此也是其技術(shù)經(jīng)濟可行性的核心指標(biāo)。對于電池而言，其成本主要取決于材料成本和生產(chǎn)規(guī)模。美國能源部通常將100美元/kWh到150美元/kWh之間作為經(jīng)濟可行的電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的資本成本上限。

鋰離子電池是目前電網(wǎng)應(yīng)用中部署最多的電池儲能技術(shù)。自從上世紀(jì)90年代以來，鋰離子電池之所以能夠加速發(fā)展，是因為它們首先在包括消費電子產(chǎn)品和電動汽車在內(nèi)的高價值市場中大量應(yīng)用。在這些市場中，電池制造商可以銷售優(yōu)化程度較低且成本較高的電池產(chǎn)品，因為它們是唯一的選擇。這使鋰離子電池能夠擴大生產(chǎn)規(guī)模并降低成本，同時進(jìn)一步優(yōu)化性能。因此，當(dāng)這項技術(shù)考慮用于儲能系統(tǒng)時，鋰離子電池已經(jīng)表現(xiàn)出強大的性能，這種電池充放電效率現(xiàn)在非常高，通常高達(dá)95%，并且供應(yīng)鏈發(fā)達(dá)導(dǎo)致成本更低。特別是隨著電動汽車的發(fā)展，鋰離子電池成本在過去十年中急劇下降；鋰離子電池包括組裝的電池單元以及管理和安全系統(tǒng)，已經(jīng)降到在美國能源部規(guī)定的可行范圍內(nèi)（約140美元/kWh），預(yù)計未來將降至100美元/kWh以下。鋰離子電池的全球生產(chǎn)能力估計每年超過700GWh，如今已經(jīng)成為一個近500億美元的產(chǎn)業(yè)。雖然這是一個很大的進(jìn)步，但仍需要一系列解決方案來實現(xiàn)所有電網(wǎng)服務(wù)并實現(xiàn)深度脫碳。此外，下一節(jié)討論的供應(yīng)鏈問題可能會阻礙鋰離子電池儲能系統(tǒng)的部署規(guī)模。許多其他電池技術(shù)提供了更具成本效益的解決方案，特別是在更長的持續(xù)時間（超過4小時）的時候，但它們沒有從與鋰離子電池相同的市場條件中受益，并且正在努力競爭。

與鋰離子電池相比，許多替代電池的架構(gòu)和材料具有固有的成本優(yōu)勢。例如，液流電池采用一種系統(tǒng)架構(gòu)，可以獨特地分離能量和功率，這意味著兩者可以相互獨立地進(jìn)行擴展。這允許以廉價的方式擴展儲能容量，從而使這種電池在更長的持續(xù)時間內(nèi)更具成本競爭力。相比之下，像鋰離子電池這樣的封閉系統(tǒng)將能量和功率耦合在一起，使其儲能單元的成本成為一個相對固定的參數(shù)。雖然有人提到與前期成本相比，長期成本的考慮較少，但液流電池(RFB)或金屬空氣電池(MAB)的開放式架構(gòu)還通過允許有針對性的組件維護(hù)來促進(jìn)長期的成本節(jié)約。人們可以使用電解液（降解最快的電池組件）直接補充或更換它，而像鋰離子電池這樣的傳統(tǒng)封閉系統(tǒng)需要增強或更換整組電池，這會造成一定的浪費。最后，與鋰離子電池相比，還有一些電池使用成本更低、含量更高的材料，從而降低了潛在的成本。

盡管具有這些固有的優(yōu)勢，新興的儲能解決方案仍因多種原因而難以競爭。首先，雖然深度脫碳電網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計包含一系列電池儲能解決方案，但這種情況與當(dāng)前的現(xiàn)實相去甚遠(yuǎn)。由于這些新的電池技術(shù)實際上只對電網(wǎng)規(guī)模的應(yīng)用具有經(jīng)濟性，并且無法進(jìn)入更高價值的市場，因此尚不清楚如何降低成本并提高性能，以便它們能夠與鋰離子電池進(jìn)行競爭，當(dāng)它們的需求最終出現(xiàn)時，可以較低的成本以滿足長時儲能服務(wù)或替代化石燃料發(fā)電設(shè)施。

另一個類似的難題使這個“雞和蛋”問題更加復(fù)雜：這些新興技術(shù)本質(zhì)上風(fēng)險更大。這使得它們對項目經(jīng)理、金融家或其他決策者的吸引力降低，從而使這些技術(shù)不太被廣泛采用和展示，因此一直被認(rèn)為是有風(fēng)險的。由于這些障礙，許多提議使用這些新興電池技術(shù)的項目都難以通過企業(yè)投資、項目貸款等方式獲得資金。這些問題可能無法僅靠私營部門解決，政府干預(yù)可能會降低技術(shù)風(fēng)險，并降低新興儲能解決方案的成本，這些解決方案僅對電網(wǎng)有吸引力，但可能有助于實現(xiàn)深度脫碳。一般來說，需要通過直接采購來測試和支持大規(guī)模的演示。實現(xiàn)這一目標(biāo)的一種途徑是通過政府資助商業(yè)示范項目，就像之前通過《美國復(fù)蘇和再投資法案》所做的那樣。目前，美國能源部為示范儲能項目提供大量資金。然而，這筆資金歷來提供給美國國家實驗室，并未通過公開征集提供，這將涉及私營部門并可能加速進(jìn)展。此外，美國政府可以為電網(wǎng)儲能系統(tǒng)示范開發(fā)專門的項目，該項目在其許多處在早期開發(fā)階段項目中已經(jīng)顯現(xiàn)發(fā)展前景。最近在美國能源部先進(jìn)能源研究計劃署(ARPA-E)為具有未開發(fā)潛力的能源技術(shù)關(guān)鍵進(jìn)展計劃部分滿足了這一需求。同樣，美國清潔能源示范辦公室是朝著正確方向邁出的又一步：該機構(gòu)成立于2021年，其使命是展示大規(guī)模（甚至數(shù)十億美元級別）的儲能項目，并與私營部門合作，加速采用和部署清潔能源技術(shù)。

一些新興儲能技術(shù)的成本降低令人樂觀。例如，氧化還原液流電池(RFB)和金屬空氣電池(MAB)相對于生產(chǎn)規(guī)模的成本曲線看起來很陡峭，例如與鋰離子電池相比，前期投入成本較高。這兩種電池采用開放的“三明治”型架構(gòu)（圖2），使每個單獨的反應(yīng)器或“堆疊”組件在設(shè)計上相當(dāng)簡單，更易于組裝。這些技術(shù)不需要精密組裝機械、低濕度設(shè)施或?qū)ｉT用于特定電極化學(xué)或電解質(zhì)配方（例如鋰離子電池制造）的生產(chǎn)線。然而氧化還原液流電池(RFB)和金屬空氣電池(MAB)的開發(fā)和生產(chǎn)商的規(guī)模仍然很小，盡管彼此共享相同的基本架構(gòu)和其他相關(guān)技術(shù)（例如燃料電池和電解槽等），但通常以小批量采購自己的部件，從而使成本居高不下。集中這些努力可以顯著降低成本。更具體地說，初創(chuàng)企業(yè)可以利用已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)類似產(chǎn)品的第三方的合同制造，因為其中許多組件的材料構(gòu)成和物理設(shè)計都很簡單。例如，不銹鋼端板、聚四氟乙烯墊片、石墨雙極板和集電器等都可以用于上述電池的架構(gòu)中，并且由配置為簡單形狀的單一材料制成。如果所有的氧化還原液流電池(RFB)、金屬空氣電池(MAB)、燃料電池、電解槽等公司都從共同的第三方采購此類零件，那么盡管每種電池技術(shù)的生產(chǎn)規(guī)模較小，但仍可以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟。對這種方法的猶豫不決可能部分在于企業(yè)希望保持知識產(chǎn)權(quán)(IP)和競爭優(yōu)勢。


而這幾種電池的一些組件的生產(chǎn)可以很容易地外包出去，以及反應(yīng)堆之外需要的許多系統(tǒng)組件（例如管道和歧管、整體組件）的生產(chǎn)可以更容易的擴展，因為它們具有普遍性和簡單性。對于其他對性能影響更大的部件（例如電極），這可能更具挑戰(zhàn)性，盡管這些部件的成本通常比較高昂，因此降低成本對它們的影響更大。由于擁有大量私人資本，很難想象政府的指令何能夠成功實施，例如，美國能源部、美國國防部或其他政府機構(gòu)可以通過在某些組件集中采購的條件下與一個或多個組件制造商談判一項大規(guī)模采購協(xié)議來激勵這種做法。這種涉及知識產(chǎn)權(quán)共享的合作協(xié)議的一個模式是在私營部門，這種談判在合并和收購中很常見。

其他經(jīng)濟策略可用于轉(zhuǎn)移成本以直接或暫時減輕客戶的負(fù)擔(dān)。對于將這些技術(shù)商業(yè)化的大型企業(yè)來說，轉(zhuǎn)移成本的一種方法是“垂直整合”，其定義為一個公司中通常由獨立公司運營的兩個或多個生產(chǎn)階段的組合。通過直接控制電池更多部件的生產(chǎn)，企業(yè)可以降低通常外包的各種組件的成本，并且可以使用內(nèi)部利潤分配來最大限度地減少損失。例如，釩液流電池 (VRFB)是一種最為先進(jìn)成熟的液流電池系統(tǒng)，但釩本身價格昂貴。然而，兩大主要釩礦商和精煉商Largo Incorporated公司和Bushveld Minerals公司開始垂直整合，并分別創(chuàng)建子公司Largo Clean Energy公司（銷售VRFB系統(tǒng)）和Bushveld Energy公司（銷售VRFB電解液）。釩液流電池市場也在測試一種新的電解液租賃方式，即第三方公司將電解液出租給電池供應(yīng)商或最終用戶。通過去除前期成本，一些資本支出被重新分配為運營費用。這樣的方案因此降低了釩液流電池客戶所需的前期投資的成本和風(fēng)險。在某些版本中，通過引入可以購買和交易釩的第三方投資者進(jìn)一步將租賃的財務(wù)負(fù)擔(dān)從出租人身上重新分配，同時可以將VRFB電解液出租，類似于其他實物持有（如黃金或鉑）的市場。

對于企業(yè)來說，克服初始產(chǎn)量低的最終選擇是虧本銷售產(chǎn)品，這是因為新興技術(shù)成本高，并且沒有進(jìn)入價值更高的市場。規(guī)模較小的公司通常最初虧本出售產(chǎn)品，這是通過外部投資實現(xiàn)的。盡管對清潔能源技術(shù)的投資比以往任何時候都多，但其規(guī)模可能無法滿足關(guān)鍵氣候變化最后期限所需的緊迫性。

雖然本文探討了解決電池高成本的一系列原因和潛在解決方案，但另一個因素是電池普遍依賴特定的、稀有的、關(guān)鍵的活性材料，這些活性材料可能更難開采和生產(chǎn)，因此成本昂貴。以下探討材料供應(yīng)鏈面臨的限制。

關(guān)鍵障礙2：材料限制

電池是材料密集型的技術(shù)，它們通常依賴于特定的化學(xué)元素，這些元素的選擇具有關(guān)鍵特性，包括它們的電化學(xué)特性、溶解度、穩(wěn)定性等。在通常情況下，這些功能和特性容易被替代。除了成本之外，電池中使用的材料還有許多重要的考慮因素。一般來說，電池材料的總可用性不是問題；隨著需求的增長和隨之而來的稀缺性，材料的價格將調(diào)整以反映限制因素。然而，如何提取關(guān)鍵材料以及能夠以多快的速度擴大生產(chǎn)可能會帶來困難。此外，材料的提取和生產(chǎn)地點可能會帶來地緣政治問題。事實證明，這些挑戰(zhàn)在電池領(lǐng)域尤為嚴(yán)峻。

例如，鈷目前是鋰離子電池中的關(guān)鍵元素。而世界上一半以上的儲量位于剛果民主共和國，該國也占全球產(chǎn)量的近70%。釩的供應(yīng)鏈也存在類似的情況，其中75%的產(chǎn)量來自中國和俄羅斯的10家鋼廠。這種集中生產(chǎn)會造成材料供應(yīng)和價格的波動。除了這些困難之外，鈷和釩都被開采或生產(chǎn)主要作為其他材料的副產(chǎn)品。這帶來了供應(yīng)鏈的復(fù)雜性，因為這些材料的生產(chǎn)規(guī)模主要取決于其他資源或產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模；換句話說，鈷和釩的價格或需求不會對它們的供應(yīng)產(chǎn)生很大影響，至少在短期內(nèi)是這樣。通常觀察到釩的價格極端波動，可以清楚地表明集中生產(chǎn)的副產(chǎn)品生產(chǎn)造成供應(yīng)鏈不穩(wěn)定。此外，由于許多國家正在通過國內(nèi)供應(yīng)鏈積極尋求能源獨立，同時為了追求可持續(xù)發(fā)展而重新配置其能源系統(tǒng)，這些關(guān)鍵電池材料缺乏多元化的國際供應(yīng)鏈，使得使用電池實現(xiàn)電網(wǎng)脫碳變得復(fù)雜.關(guān)于地緣政治不穩(wěn)定和對外能源依賴如何導(dǎo)致供應(yīng)短缺和價格飆升的例子。例如俄烏克沖突。俄羅斯是世界第三大天然氣生產(chǎn)國，但戰(zhàn)爭導(dǎo)致其供應(yīng)量大幅減少。此外，許多國家已經(jīng)實施制裁或禁止從俄羅斯進(jìn)口天然氣。這些因素在一定程度上導(dǎo)致了天然氣和石油價格的飆升，這對歐洲尤其不利，因為俄羅斯提供了歐洲約40%的天然氣。

鑒于這種依賴可能導(dǎo)致的不穩(wěn)定，鈷和釩以及用于各種電池技術(shù)（例如鋰、鉑族金屬、錳等）的許多其他元素都被美國宣布為35種“關(guān)鍵礦物”的一部分，這些礦物對美國的國家安全和經(jīng)濟繁榮至關(guān)重要。因此美國政府宣布了支持國內(nèi)生產(chǎn)的計劃，雖然電池制造領(lǐng)域正在取得進(jìn)展，但目前尚不清楚美國如何能夠在上游開采和開采礦產(chǎn)。最近，美國總統(tǒng)拜登援引了《國防生產(chǎn)法》，該法案由使美國能夠優(yōu)先開發(fā)國家生產(chǎn)所需的材料。在這一舉措中，該法案被用來針對關(guān)鍵電池材料的國內(nèi)礦物生產(chǎn)。然而，這些努力受到許多因素的限制，這些因素主要是各種礦物的地理豐富性和經(jīng)濟可行地開采這些礦物的技術(shù)能力。此外，許多宣布在美國新建工廠的生產(chǎn)商并都不是美國本土廠商，這限制了美國正在建設(shè)國內(nèi)供應(yīng)鏈的真正深度。此外，雖然這些新項目提供了大量的新工作，但確保足夠的熟練工人來運營工廠被證明是最困難的障礙之一。

無論是國內(nèi)還是全球的生產(chǎn)增長率也可能會限制電池的部署。在過去30年中，釩供應(yīng)鏈的年復(fù)合增長率僅為3.5%；由于現(xiàn)有的需求已經(jīng)占到主導(dǎo)地位，人們擔(dān)心是否有能力采購足夠的釩生產(chǎn)大量的釩液流電池。由于鋰離子電池需求的激增，鈷供應(yīng)鏈能夠顯示出快速增長，以滿足過去十年全球增長兩倍的消費量。但是，這種快速的生產(chǎn)規(guī)模擴大，特別是在可能無法適當(dāng)執(zhí)行它的國家，可能會導(dǎo)致其他問題，特別是考慮到采礦通常會帶來的環(huán)境、健康和安全問題。在剛果，人們對鈷礦工的安全、補償和開采感到擔(dān)憂。近年來，由于環(huán)境問題，許多釩礦被關(guān)閉，對供應(yīng)和價格造成了顯著影響。鋰就是一個例子，說明其規(guī)模擴大的速度不夠快；在經(jīng)歷了幾十年的價格下跌之后，由于鋰短缺導(dǎo)致鋰價格上漲了400%，鋰離子電池價格在2021年開始上漲。這些嚴(yán)重的擔(dān)憂可能會阻礙以遏制氣候變化所需的速度使電力部門脫碳的能力。

解決這個問題的一種方法是從依賴這些昂貴材料和集中供應(yīng)鏈的電池轉(zhuǎn)向低成本、高豐度的化學(xué)物質(zhì)?？梢哉f，這種轉(zhuǎn)變應(yīng)該通過市場推動；事實上，對于鋰離子電池和液流電池（金屬空氣電池通常已經(jīng)滿足這些標(biāo)準(zhǔn)），已經(jīng)在這方面進(jìn)行了大量的研究和開發(fā)工作。然而，這些努力必須足夠快，才能實現(xiàn)快速脫碳目標(biāo)?？赡苡斜匾渴瓞F(xiàn)成的解決方案（例如鋰離子電池和液流電），在短期內(nèi)應(yīng)對電池成本更高昂且難以規(guī)?；a(chǎn)的的一些問題，同時開發(fā)下一代電池。就液流電池而言，近期內(nèi)釩液流電池的部署將通過降低與電解液無關(guān)的組件的成本和降低技術(shù)風(fēng)險，極大地幫助部署新的液流電池。

電池回收對于減少對供應(yīng)鏈的需求和材料強度也很重要，盡管它在短期內(nèi)沒有太大的幫助，因為大多數(shù)傳統(tǒng)電池的使用壽命為20年。對于使用開放式架構(gòu)電池，其回收方法很容易。鋰離子電池等封閉系統(tǒng)的回收可能很復(fù)雜，尤其是當(dāng)電池組設(shè)計因制造商而異時。這是制造差異化的另一個例子，可能是受到知識產(chǎn)權(quán)和競爭優(yōu)勢的推動，阻礙了整體脫碳努力。雖然政府可以嘗試對美國銷售包裝設(shè)計的某些方面進(jìn)行監(jiān)管，以促進(jìn)回收工作，但這可能類似于選擇技術(shù)贏家，如果制作不正確或者如果目前無法預(yù)見的新解決方案超過了技術(shù)贏家，這種做法可能會適得其反。就像前面討論的圍繞電池堆供應(yīng)鏈集中化的建議一樣，政府部門可以通過與一個或多個符合可回收標(biāo)準(zhǔn)的電池組供應(yīng)商談判一項大規(guī)模采購協(xié)議來激勵回收。還有其他產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的成功實施，例如美國電氣和電子工程師協(xié)會為電子產(chǎn)品制定的關(guān)于安全性、與其他設(shè)備/系統(tǒng)的互操作性等方面的標(biāo)準(zhǔn)。然而，大多數(shù)成功標(biāo)準(zhǔn)化的案例是由于這些措施的必要性產(chǎn)品的成功利用，而電池回收并非如此。電動汽車充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)展緩慢，但正在加速，可以作為可回收性標(biāo)準(zhǔn)化的模式。

結(jié)論

如今擁有可以促進(jìn)電力部門脫碳的技術(shù)。然而，人們對于快速而經(jīng)濟高效地生產(chǎn)和部署這些技術(shù)的能力感到擔(dān)憂，而目前還沒有能力完成這項任務(wù)。如果采取適當(dāng)?shù)募畲胧深A(yù)可以幫助實現(xiàn)和加速預(yù)期結(jié)果。此外，如果明智而迅速地使用，許多戰(zhàn)略和措施可以幫助克服其中的一些障礙。無論采用何種方法，需要爭取時間，而獲得公共和私人投資至關(guān)重要。

原標(biāo)題： 觀察｜美國電池儲能部署面臨的障礙：成本和材料