鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：226次 | 2024年01月19日
MIT將推"永生牌"液態(tài)金屬電池
現(xiàn)有的儲(chǔ)能技術(shù)一直由于所用材料本身的局限性一直止步不前，這就需要另覓出路找到新的儲(chǔ)能系統(tǒng)，而它最需要解決的無非是最基本的連個(gè)問題：延長壽命、降低成本。近日，MIT材料科學(xué)與工程系教授DonaldSadoway在《麻省理工科技評論》和Deeptech深科技舉辦的EmTechChina峰會(huì)上公開了他們正在研發(fā)的一款液態(tài)金屬電池。據(jù)其介紹，在室溫之下，這款產(chǎn)品壽命為4年，它可以做到超過4,000次的充放電——相當(dāng)于每天充放電一次可以使用10年，并且依然能保有原始容量的99%，電池?fù)p耗率非常低。
Sadoway表示，預(yù)計(jì)到2019年年底，第一批產(chǎn)品將交付給客戶。
以下為DonaldSadoway演講內(nèi)容實(shí)錄：
我想和大家談的是儲(chǔ)能方面的創(chuàng)新，以及儲(chǔ)能與其它一些領(lǐng)域的創(chuàng)新有何不同。和業(yè)界的做法不同的是，我們做事情多了些學(xué)院派的色彩，也就是說，我們現(xiàn)在所做的事情，可能是以前人們從來沒有做過的。
那既然我們想要變革現(xiàn)有的整個(gè)行業(yè)，必然會(huì)耗費(fèi)巨大的成本，所以我們需要在研究的階段就開始考慮控制成本的問題。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
對于現(xiàn)代社會(huì)來講，電力往往和現(xiàn)代化緊密掛鉤，所以電力網(wǎng)絡(luò)就顯得格外重要，我甚至可以說電力網(wǎng)絡(luò)就是世界上最大的供應(yīng)鏈，而且要求零庫存。
(如上圖所示，地區(qū)上大部分地區(qū)都被黑夜籠罩，顯然那里急需電力供應(yīng))
但要解決這個(gè)問題，就勢必要涉及到儲(chǔ)能的廣泛應(yīng)用。比如對于太陽能、風(fēng)能這些可再生能源來說，它們普遍都具有間歇性供應(yīng)的問題，所以如果要更好地發(fā)揮它們的效能，就必須要有一整套的儲(chǔ)能解決方案。
那現(xiàn)有的儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的如何呢？
現(xiàn)狀恐怕并不樂觀。首先是大規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)施并不像我們手機(jī)電腦上的電池一樣簡單，它必須滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行二三十年，否則就是一場災(zāi)難。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
另外，還必須保證其能夠在運(yùn)行上做到操作足夠靈活，這也是其穩(wěn)定運(yùn)行的前提。還有很重要的一點(diǎn)就是要嚴(yán)格控制生產(chǎn)成本。
在這里插一句，電池是由一位名叫AlessandroVolta的意大利教授發(fā)明的，在意大利10,000里拉的紙幣上印有他的頭像。而且AlessandroVolta教授還有特別值得提的一點(diǎn)，那就是他證明了一位教授可以將自己的研究轉(zhuǎn)化為有益的社會(huì)實(shí)踐。
這也極大地啟發(fā)了我所從事的電池研究。首先，我意識到，我需要我的團(tuán)隊(duì)一起齊心協(xié)力，另外還有一點(diǎn)，要從設(shè)計(jì)伊始就要綜合考慮到給制造商提供一定的生產(chǎn)便捷性。
但我們也在研發(fā)過程中受到了質(zhì)疑，因?yàn)閷τ谡淄呒墑e的大型發(fā)電廠來講，小小的一枚電池似乎怎么看都不太能滿足他們的儲(chǔ)能需求，就更不要提改變世界了。的確也有電池行業(yè)內(nèi)的人說我們是瘋了，但我想說的是，不要只著眼于固有的行業(yè)和已有的發(fā)明，一定要有創(chuàng)新。
所以我就把目光投向了電解鋁行業(yè)，他們通常都配有很大的設(shè)備，一天24小時(shí)不間斷工作，而規(guī)模效應(yīng)會(huì)帶來成本的降低，他們獲取1千克鋁的成本不足1美元。受此啟發(fā)，我們將電解鋁的步驟逆向操作，發(fā)明了液態(tài)金屬電池，就可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模且廉價(jià)的電力存儲(chǔ)。這就是我們以不同的視角去看待問題所帶來的好處。
(液態(tài)金屬電池結(jié)構(gòu)，最底層是液態(tài)銻，中層是熔鹽電解質(zhì)，上層是液態(tài)鎂，熔鹽處在兩層液態(tài)金屬的中間)
我的團(tuán)隊(duì)成員，其中沒有任何一個(gè)是電池方面的專家，之前甚至都沒有接觸過電化學(xué)相關(guān)的研究，但他們都是聰明、沒有偏見且無所畏懼的青年才俊，可以做出杰出的成果。
當(dāng)然，進(jìn)展也并不是一帆風(fēng)順的，一開始的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)總是失敗，但經(jīng)過幾年的研究之后，我們創(chuàng)造了奇跡，我相信二三十年之后，我們一定能夠做出更多的成績。
最后，談一下我們的電池的效能，我們檢測了1000多種電池，它們的成本都是非常低的。我們也取得了很多的科學(xué)成就，我們于一周前發(fā)表于《NatureEnergy》的一篇文章，里面記錄了我們的一些進(jìn)展。
可以說，我們的電池是非常特別的，它有很長的循環(huán)壽命，而且它的容量十分穩(wěn)定。從下面這張圖表可以看出，隨著使用時(shí)間的延長，整個(gè)電池的損耗率也是非常低的，即便每一天都進(jìn)行充放電操作，持續(xù)使用10年之后依然可以確保它能夠保持初始容量的99%。
在取得了技術(shù)上的突破之后，我和我的學(xué)生們一起成立了一家公司AMBRI來專門生產(chǎn)液態(tài)金屬電池。我們獲得了來自比爾?蓋茨的A輪投資，預(yù)計(jì)產(chǎn)品將會(huì)在兩年后面世。
這里透露一下產(chǎn)品的具體信息：
體積為18立方米;
儲(chǔ)電量1,000kWh，功率為350kW;
支持1,000伏直流電;
總重15噸，合計(jì)每千克儲(chǔ)能67Wh，要比鋰電池便宜。
在室溫之下，我們的產(chǎn)品的壽命為4年，但它卻可以做到超過4,000次的充放電——相當(dāng)于每天充放電一次可以使用10年，而且正如前面所提的，它可以在經(jīng)過4,000余次的充放電后依然保有原有容量的99%。
最后，我想交流一下我的兩點(diǎn)思考：
1、我們要有勇氣去走出鋰電池的框架，從中有所借鑒來發(fā)明我們自己的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
2、我們發(fā)現(xiàn)杰出的年輕人能夠給我們很多靈感，激發(fā)我們?nèi)グl(fā)明創(chuàng)造新的東西，只要有理性、毅力并堅(jiān)持，就可以將微弱的可能性，轉(zhuǎn)換為不可阻擋的突破。
記者：現(xiàn)在有一些新的材料，比如說固態(tài)電池、液態(tài)電池還有用石墨烯做添加劑的，您對這些新材料的商業(yè)前景是怎么看待的？2020年之前會(huì)不會(huì)有一個(gè)新材料超過鋰電池這樣的？
DonaldSadoway：一個(gè)關(guān)鍵詞就是它的性價(jià)比，其實(shí)就是我們看到，這么多年來，有新材料不斷涌現(xiàn)。目前我們用的主流鋰電池，最初的發(fā)現(xiàn)是1985年，約翰他們發(fā)現(xiàn)的。后來在1990年的時(shí)候，用了它的另外一種變種石墨烯。目前來講，在性價(jià)比上，它的表現(xiàn)是最好的。
但是，你提到的那些新的材料，包括還有我們沒有聽說過的，最后卻銷聲匿跡了，什么原因呢？就是因?yàn)槌杀咎?，無法廣泛使用，石墨烯目前也只能小批量的生產(chǎn)。
記者：中國去年一年新能源汽車的銷量一共是77多萬多輛，所以未來幾年淘汰下來的動(dòng)力電池在二次利用或者是儲(chǔ)能方面有沒有一些建議？
DonaldSadoway：這個(gè)問題里面最重要的還是成本問題。我們目前主流的鋰電池，其實(shí)電池里面的分子、層次、結(jié)構(gòu)太復(fù)雜了，可以回收，但是要把這么復(fù)雜的成分提取出來，循環(huán)使用，這個(gè)回收就沒有很大的一個(gè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，還不如不循環(huán)利用。
今天演講也提到了液態(tài)金屬，甚至是說它是可以“永生”的，一直可以循環(huán)利用。為什么呢？因?yàn)椋鄬碚f結(jié)構(gòu)就比較簡單，即使外面的外殼被腐蝕掉了，里面的液態(tài)金屬可以相對容易的提取出來，放在另一個(gè)外殼里面，就可以循環(huán)使用了。
因此，當(dāng)我們看到目前人們有這樣的一個(gè)環(huán)保意識，本身是一件好事，但我們也要反思，是不是有的時(shí)候我們過度熱情了，或者把循環(huán)利用的概念夸大了，而沒有去做綜合考量。今后如果要循環(huán)利用，除非電池結(jié)構(gòu)就不要這么復(fù)雜，能用更加方便、更加低的成本去回收循環(huán)利用，這個(gè)問題才能得到解決。
記者：您開了一家液態(tài)金屬電池的公司的商業(yè)化進(jìn)度是怎樣的？
DonaldSadoway：我們公司是2010年成立的，2011年正式開始運(yùn)作，現(xiàn)在已經(jīng)是7年的時(shí)間了，你可能會(huì)想為什么這個(gè)商業(yè)化的流程這么慢，那時(shí)因?yàn)槲冶旧硎且粋€(gè)化學(xué)老師，從實(shí)驗(yàn)室走到工業(yè)化的量產(chǎn)，這個(gè)當(dāng)中有大量內(nèi)容需要去學(xué)習(xí)，包括電子管理、能源管理等方面。
也需要高度的可靠性，也就是說你要達(dá)到6σ的管理水平，100萬個(gè)部件里面只有一個(gè)不達(dá)標(biāo)，這樣的容錯(cuò)度才能被接受，而不是像實(shí)驗(yàn)室1000個(gè)里面有1個(gè)不達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)就可以了。
預(yù)計(jì)到2019年年底的時(shí)候，也就是說從現(xiàn)在開始還有兩年左右的時(shí)間，第一批商業(yè)化的產(chǎn)品，應(yīng)該是可以交付到客戶的手里面了。
記者：對于液態(tài)金屬電池的技術(shù)，目前有哪些潛在的客戶對你們非常感興趣，或者是已經(jīng)有過接觸了？
DonaldSadoway：的確有不少的客戶來詢問，因?yàn)榇蠹覍@個(gè)很感興趣，但我們非常的謹(jǐn)慎，希望不過度拉高客戶的預(yù)期，但的確也很有前景。
