電池外觀或許不酷,但卻是驅動未來科技的能量

作者 | 發布日期 2017 年 02 月 27 日 0:00 | 分類 太陽能 , 電力儲存 , 電動車 follow us in feedly

人們可能覺得電池是整個科技領域裡最不起眼的產品,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,後果可想而知。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增加一點點。

在生活中最常用到的是鋰電池,鋰電池最大的問題就是易損壞。如果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增加而加快鋰電池的損壞。

然而,在未來的電源供應場景裡,電池必不可少,電動車、工業規模的太陽能農場等都離不開電池。在過去 5 年裡,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」電池工廠。可在人們日常生活中最常用到的鋰電池,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(Advanced Research Projects Agency-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(Eric Rohlfing)說。2012 年《自然》雜誌一項調查研究中指出,美國人平均每月只願支付約 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。

而對於公用設施的用電,美國人對供電的平均支付水平意味著,如果提供電網級能量的儲存,其成本無法超過每千瓦時 100 美元。自 2009 年歐巴馬政府上台,ARPA-E 就已投入 8,500 萬美元用於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。

shutterstock

▲ 太陽能和風能。(Source:shutterstock)

此外,便宜的能源不一定可靠。可再生能源在持續電源供應的能力上或許沒有化石能源可靠,如果用電需求突然增加,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雲的移動不斷變化,到了夜間就只剩餘白天儲存的量了。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,純淨的金屬得以從礦石中擷取出來。battery-IL2-1

▲ 薩杜威研製的電池原型。

但重點並不是對擷取金屬,而是整個過程。在薩杜威看來,如果能將整個擷取金屬的單項過程在密閉環境中進行迴圈,在這個過程中所產生的能量或許能儲存並使用,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,但後續研究所需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,風險投資者們鮮有衝動投入資金到工業或工程專案中,因為利潤太低。或許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,來自匹玆堡的 Aquion 公司所研發的電池,最具商業應用前途和競爭力。aquion-batteries-at-stone-edge-farm

(Source:Aquion Energy

這個新型電池稱做「鹽水電池」(saltwater battery),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、不鏽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電池的風險。除了不易燃和不易腐蝕,「鹽水電池」的主要製造裝備裝置來自食品包裝工業,組裝電池就像把餅乾放進包裝盒裡一樣簡單。

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。一些區域及建築在使用「鹽水電池」電源供應後,因為價格低廉且安全,並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,研發電池並不是一份好差事。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(Matt Maroon)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,因為沒有更多人願意做電池研發。

不過 15 年後的今天,情況有所轉變,研發電池的人漸漸多了起來,麥特也終於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範圍,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,就像當初發明了鋰電池。人們在 1970 年代就開始研究鋰電池,而到 1992 年才由 Sony 釋出了首個商用鋰電池,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。

(本文由 愛范兒 授權轉載,首圖來源:Flickr/Razor512 CC BY 2.0)

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