電池外觀或許不酷，但卻是驅(qū)動未來科技的能量

　　人們可能覺得電池是整個科技領(lǐng)域里最不起眼的產(chǎn)品，但它或許會驅(qū)動這個世界的未來。

　　智慧手機(jī)越做越薄，但是使用的電池技術(shù)依然沒有升級，在追求極端設(shè)計的情況下，體積一成不變的電池塞進(jìn)一個比其厚不了多少的機(jī)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(jī)扔在一邊好久不用，電量已經(jīng)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?zāi)坏耐瑫r，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(dāng)然，日常的充電放電也會隨著次數(shù)增加而加快鋰電池的損壞。

　　然而，在未來的電源供應(yīng)場景里，電池必不可少，電動車、工業(yè)規(guī)模的太陽能農(nóng)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(shù)，最具代表性的就是特斯拉“gigagactory”電池工廠?？稍谌藗?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫降匿囯姵兀瑑r格依然較高且不穩(wěn)定。也正因如此，越來越多的新型燃料電池一直在研發(fā)中。

　　想要一種便宜又不會爆炸的電池，但……

　　“現(xiàn)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(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)促進(jìn)和資助先進(jìn)能源技術(shù)的研究開發(fā))副主任艾力克·羅爾芬(Eric Rohlfing)說。2012 年《自然》雜志一項調(diào)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(yīng)電源，因此電池?zé)o法再漲價了。

　　而對于公用設(shè)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(wǎng)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(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)的新電池。

　　然而，“每千瓦時 100 美元” 這個目標(biāo)在電力工業(yè)來看近乎荒謬。因為到現(xiàn)在為止，連每千瓦時 700 美元的目標(biāo)都還沒達(dá)到。雖然上述目標(biāo)到現(xiàn)在都沒有實現(xiàn)，但它已成為整個電力能源工業(yè)的目標(biāo)。

▲ 太陽能和風(fēng)能。(Source：Pixabay)

　　此外，便宜的能源不一定可靠?？稍偕茉丛诔掷m(xù)電源供應(yīng)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(guī)模啟用太陽能發(fā)電是不現(xiàn)實的。太陽能電源供應(yīng)的峰值在白天，而其電源供應(yīng)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(fēng)力發(fā)電的可預(yù)測性就更低了。利用可再生能源發(fā)電，使電網(wǎng)變得不穩(wěn)定，發(fā)生爆炸的可能性雖然不高，但可能會導(dǎo)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(xué)院)的薩杜威(Sadoway)說。薩杜威對鋁金屬的冶煉有經(jīng)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，如果能將整個擷取金屬的單項過程在密閉環(huán)境中進(jìn)行回圈，在這個過程中所產(chǎn)生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(dá)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(fā)資金。即便在這個專案的研發(fā)初期，ARPA-E 和法國石油巨頭道達(dá)爾都有資助，但后續(xù)研究所需要的新技術(shù)花費相當(dāng)高昂。面對遍地都是迅速獲得利潤的網(wǎng)際網(wǎng)路初創(chuàng)公司，風(fēng)險投資者們鮮有沖動投入資金到工業(yè)或工程專案中，因為利潤太低?；蛟S這也是電池技術(shù)發(fā)展緩慢的原因。

　　新型電池初現(xiàn)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(fā)的電池，最具商業(yè)應(yīng)用前途和競爭力。

　　(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(zhì)具有鋰電池的風(fēng)險。除了不易燃和不易腐蝕，“鹽水電池”的主要制造裝備裝置來自食品包裝工業(yè)，組裝電池就像把餅干放進(jìn)包裝盒里一樣簡單。

　　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(qū)域及建筑在使用“鹽水電池”電源供應(yīng)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(yīng)的方式，而是繼續(xù)使用前者。

　　即便 Aquion 的新型電池已在少數(shù)地區(qū)使用，但對很多人來說，研發(fā)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(fā)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(jìn)入這個領(lǐng)域，而他在很長一段時間內(nèi)都是整個團(tuán)隊中最年輕的人，因為沒有更多人愿意做電池研發(fā)。

　　不過 15 年后的今天，情況有所轉(zhuǎn)變，研發(fā)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(fā)展的趨勢，它能幫助改善環(huán)境、提高資源的利用效率，而新型電池可以應(yīng)用到更廣泛的范圍，家庭用電、公用設(shè)施用電、汽車用電等。

　　新型電池的應(yīng)用還有很長一段路要走，就像當(dāng)初發(fā)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(fā)展中慢慢進(jìn)入我們的生活，進(jìn)入我們的手機(jī)、電腦中。