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科技背后 電池功不可沒!

鉅大LARGE  |  點擊量:809次  |  2020年07月01日  

人們可能覺得電池是整個科技領域里最不起眼的產品,但它或許會驅動這個世界的未來。


智慧手機越做越薄,但是使用的電池技術依然沒有升級,在追求極端設計的情況下,體積一成不變的電池塞進一個比其厚不了多少的機身,后果可想而知。同樣的,筆記型電腦的處理器差不多每兩年甚至一年就會升級,但電池容量僅比之前新增一點點。


在生活中最常用到的是鋰離子電池,鋰離子電池最大的問題就是易損壞。假如你有一支諾基亞手機扔在一邊好久不用,電量已經耗盡,突然有一天懷舊感上心頭,將它找出來充滿電,你在等待它點亮螢幕的同時,這種深度放電和再充電會給鋰離子電池帶來很大的物理破壞,隨著時間的推移這會損壞電池的效能,當然,日常的充電放電也會隨著次數新增而加快鋰離子電池的損壞。


然而,在未來的電源供應場景里,電池必不可少,電動汽車、工業規模的太陽能農場等都離不開電池。在過去5年里,儲存能源的成本下降了一半,越來越多大公司開始大膽投資技術,最具代表性的就是特斯拉gigagactory電池廠??稍谌藗內粘I钪凶畛S玫降匿囯x子電池,價格依然較高且不穩定。也正因如此,越來越多的新型燃料動力電池一直在研發中。


想要一種便宜又不會爆炸的電池,但


現在最大的問題仍然是電池價格過高,ARpA-E(AdvancedResearchprojectsAgency-Energy,美國政府機構,負責促進和資助先進能源技術的研究開發)副主任艾力克羅爾芬(EricRohlfing)說。2012年《自然》雜志一項調查研究中指出,美國人平均每月只愿支付約13美元以確保使用可再生能源供應電源,因此電池無法再漲價了。


而關于公用設施的用電,美國人對供電的平均支付水平意味著,假如供應電網級能量的儲存,其成本無法超過每千瓦時100美元。自2009年歐巴馬政府上臺,ARpA-E就已投入8,500萬美元用于研發能夠實現這一目標的新電池。


然而,每千瓦時100美元這個目標在電力工業來看近乎荒謬。因為到現在為止,連每千瓦時700美元的目標都還沒達到。雖然上述目標到現在都沒有實現,但它已成為整個電力能源工業的目標。


▲太陽能和風能。(Source:pixabay)


此外,便宜的能源不一定可靠??稍偕茉丛诔掷m電源供應的能力上或許沒有化石能源可靠,假如用電需求突然新增,大規模啟用太陽能發電是不現實的。太陽能電源供應的峰值在白天,而其電源供應能力隨著云的移動不斷變化,到了夜間就只剩余白天儲存的量了。風力發電的可預測性就更低了。利用可再生能源發電,使電網變得不穩定,發生爆炸的可能性雖然不高,但可能會導致更加頻繁的停電問題。


想造出便宜且可靠的電池,絕非易事。


有人在為新型電池努力


我們一直沒有更好的電動汽車,原因是我們沒有合適的電池。MIT(麻省理工學院)的薩杜威(Sadoway)說。薩杜威對鋁金屬的冶煉有相關經驗,他在思考冶煉鋁的過程是否可成為一種新型電池的模型。鋁的冶煉是一個非常廉價和能源密集的過程,透過該過程,純凈的金屬得以從礦石中擷取出來。


▲薩杜威研制的電池原型。


但重點并不是對擷取金屬,而是整個過程。在薩杜威看來,假如能將整個擷取金屬的單項過程在密閉環境中進行回圈,在這個過程中所出現的能量或許能儲存并使用,他把這稱做熔融電池。


但在上述過程中,熔融電池的溫度會達到471°C,僅比汽車引擎的溫度低一點,所以熔融電池用做電動汽車的引擎倒是比較合適。


除了過熱問題,另一個更實際的問題是──研發資金。即便在這個專案的研發初期,ARpA-E和法國石油巨頭道達爾都有資助,但后續研究所要的新技術花費相當高昂。面對遍地都是迅速獲得利潤的網際網路初創公司,風險投資者們鮮有沖動投入資金到工業或工程專案中,因為利潤太低?;蛟S這也是電池技術發展緩慢的原因。


新型電池初現成果


此外,在ApRA-E資助的新型電池研究專案中,來自匹茲堡的Aquion公司所研發的電池,最具商業應用前途和競爭力。


(Source:AquionEnergy)


這個新型電池稱做鹽水電池(saltwaterbattery),這種電池最接近之前所說的便宜、可靠特徴,Aquion公司的鹽水電池所使用的鹽、不銹鋼和棉等材料都是豐富易得的資源,而這些材料中沒有一種物質具有鋰離子電池的風險。除了不易燃和不易腐蝕,鹽水電池的重要制造裝備裝置來自食品包裝工業,組裝電池就像把餅干放進包裝盒里相同簡單。


目前Aquion的電池已上市近3年,在家庭和公用場景中都有用到,其在全球共部署了35百萬瓦時的電力儲存。一些區域及建筑在使用鹽水電池電源供應后,因為價格低廉且安全,并沒有選擇回到化石能源電源供應的方式,而是繼續使用前者。


即便Aquion的新型電池已在少數地區使用,但對很多人來說,研發電池并不是一份好差事。前面已說過,利潤低、投資者不感興趣;除此之外研發電池在很多人看來一點都不cool。來自Aquion的研究人員麥特馬龍(MattMaroon)從2002年就進入這個領域,而他在很長一段時間內都是整個團隊中最年輕的人,因為沒有更多人愿意做電池研發。


不過15年后的今天,情況有所轉變,研發電池的人漸漸多了起來,麥特也終于不再是最年輕的那個。人們意識到利用電能是發展的趨勢,它能幫助改善環境、提高資源的利用效率,而新型電池可以應用到更廣泛的范圍,家庭用電、公用設施用電、汽車用電等。


新型電池的應用還有很長一段路要走,就像當初發明了鋰離子電池。人們在1970年代就開始研究鋰離子電池,而到1992年才由Sony釋出了首個商用鋰離子電池,在漫長的完善和發展中慢慢進入我們的生活,進入我們的手機、電腦中。


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