電池外觀或許不酷，但卻是驅(qū)動(dòng)未來(lái)科技的能量

　　人們可能覺(jué)得電池是整個(gè)科技領(lǐng)域里最不起眼的產(chǎn)品，但它或許會(huì)驅(qū)動(dòng)這個(gè)世界的未來(lái)。

　　智慧手機(jī)越做越薄，但是使用的電池技術(shù)依然沒(méi)有升級(jí)，在追求極端設(shè)計(jì)的情況下，體積一成不變的電池塞進(jìn)一個(gè)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?jī)赡晟踔烈荒昃蜁?huì)升級(jí)，但電池容量?jī)H比之前增加一點(diǎn)點(diǎn)。

　　在生活中最常用到的是鋰電池，鋰電池最大的問(wèn)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(lái)充滿電，你在等待它點(diǎn)亮螢?zāi)坏耐瑫r(shí)，這種深度放電和再充電會(huì)給鋰電池帶來(lái)很大的物理破壞，隨著時(shí)間的推移這會(huì)損壞電池的效能，當(dāng)然，日常的充電放電也會(huì)隨著次數(shù)增加而加快鋰電池的損壞。

　　然而，在未來(lái)的電源供應(yīng)場(chǎng)景里，電池必不可少，電動(dòng)車(chē)、工業(yè)規(guī)模的太陽(yáng)能農(nóng)場(chǎng)等都離不開(kāi)電池。在過(guò)去 5 年里，儲(chǔ)存能源的成本下降了一半，越來(lái)越多大公司開(kāi)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(jià)格依然較高且不穩(wěn)定。也正因如此，越來(lái)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(huì)爆炸的電池，但……

　　“現(xiàn)在最大的問(wèn)題仍然是電池價(jià)格過(guò)高，” ARPA-E(Advanced Research Projects Agency-Energy，美國(guó)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(kāi)發(fā))副主任艾力克·羅爾芬(Eric Rohlfing)說(shuō)。2012 年《自然》雜志一項(xiàng)調(diào)查研究中指出，美國(guó)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(jià)了。

　　而對(duì)于公用設(shè)施的用電，美國(guó)人對(duì)供電的平均支付水平意味著，如果提供電網(wǎng)級(jí)能量的儲(chǔ)存，其成本無(wú)法超過(guò)每千瓦時(shí) 100 美元。自 2009 年歐巴馬政府上臺(tái)，ARPA-E 就已投入 8,500 萬(wàn)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(shí) 100 美元” 這個(gè)目標(biāo)在電力工業(yè)來(lái)看近乎荒謬。因?yàn)榈浆F(xiàn)在為止，連每千瓦時(shí) 700 美元的目標(biāo)都還沒(méi)達(dá)到。雖然上述目標(biāo)到現(xiàn)在都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，但它已成為整個(gè)電力能源工業(yè)的目標(biāo)。

▲ 太陽(yáng)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(méi)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(yáng)能發(fā)電是不現(xiàn)實(shí)的。太陽(yáng)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(dòng)不斷變化，到了夜間就只剩余白天儲(chǔ)存的量了。風(fēng)力發(fā)電的可預(yù)測(cè)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(huì)導(dǎo)致更加頻繁的停電問(wèn)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(méi)有更好的電動(dòng)車(chē)，原因是我們沒(méi)有合適的電池?！?MIT(麻省理工學(xué)院)的薩杜威(Sadoway)說(shuō)。薩杜威對(duì)鋁金屬的冶煉有經(jīng)驗(yàn)，他在思考冶煉鋁的過(guò)程是否可成為一種新型電池的模型。鋁的冶煉是一個(gè)非常廉價(jià)和能源密集的過(guò)程，透過(guò)該過(guò)程，純凈的金屬得以從礦石中擷取出來(lái)。

　　▲ 薩杜威研制的電池原型。

　　但重點(diǎn)并不是對(duì)擷取金屬，而是整個(gè)過(guò)程。在薩杜威看來(lái)，如果能將整個(gè)擷取金屬的單項(xiàng)過(guò)程在密閉環(huán)境中進(jìn)行回圈，在這個(gè)過(guò)程中所產(chǎn)生的能量或許能儲(chǔ)存并使用，他把這稱(chēng)做“熔融電池”。

　　但在上述過(guò)程中，“熔融電池”的溫度會(huì)達(dá)到 471°C，僅比汽車(chē)引擎的溫度低一點(diǎn)，所以“熔融電池”用做電動(dòng)車(chē)的引擎倒是比較合適。

　　除了過(guò)熱問(wèn)題，另一個(gè)更實(shí)際的問(wèn)題是──研發(fā)資金。即便在這個(gè)專(zhuān)案的研發(fā)初期，ARPA-E 和法國(guó)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(fèi)相當(dāng)高昂。面對(duì)遍地都是迅速獲得利潤(rùn)的網(wǎng)際網(wǎng)路初創(chuàng)公司，風(fēng)險(xiǎn)投資者們鮮有沖動(dòng)投入資金到工業(yè)或工程專(zhuān)案中，因?yàn)槔麧?rùn)太低。或許這也是電池技術(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(zhuān)案中，來(lái)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(jìng)爭(zhēng)力。

　　(Source：Aquion Energy)

　　這個(gè)新型電池稱(chēng)做“鹽水電池”(saltwater battery)，這種電池最接近之前所說(shuō)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(méi)有一種物質(zhì)具有鋰電池的風(fēng)險(xiǎn)。除了不易燃和不易腐蝕，“鹽水電池”的主要制造裝備裝置來(lái)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(jiǎn)單。

　　目前 Aquion 的電池已上市近 3 年，在家庭和公用場(chǎng)景中都有用到，其在全球共部署了 35 百萬(wàn)瓦時(shí)的電力儲(chǔ)存。一些區(qū)域及建筑在使用“鹽水電池”電源供應(yīng)后，因?yàn)閮r(jià)格低廉且安全，并沒(méi)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(duì)很多人來(lái)說(shuō)，研發(fā)電池并不是一份好差事。前面已說(shuō)過(guò)，利潤(rùn)低、投資者不感興趣;除此之外研發(fā)電池在很多人看來(lái)一點(diǎn)都不“cool”。來(lái)自 Aquion 的研究人員麥特·馬龍(Matt Maroon)從 2002 年就進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，而他在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都是整個(gè)團(tuán)隊(duì)中最年輕的人，因?yàn)闆](méi)有更多人愿意做電池研發(fā)。

　　不過(guò) 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(lái)，麥特也終于不再是最年輕的那個(gè)。人們意識(shí)到利用電能是發(fā)展的趨勢(shì)，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(chē)用電等。

　　新型電池的應(yīng)用還有很長(zhǎng)一段路要走，就像當(dāng)初發(fā)明了鋰電池。人們?cè)?1970 年代就開(kāi)始研究鋰電池，而到 1992 年才由 Sony 釋出了首個(gè)商用鋰電池，在漫長(zhǎng)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。