鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1637次 | 2021年10月25日
麻省理工研究的“半固態(tài)鋰液流電池”，究竟什么樣？
日前，有新聞稱美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員與一家名為24M的衍生公司合作，日前開發(fā)出一種制造鋰離子電池的先進(jìn)工藝：半固態(tài)鋰液流電池。不僅有望顯著降低生產(chǎn)成本，還能提高電池性能，使其更易于回收。這里有必要介紹下24M公司的創(chuàng)始人，他是麻省理工學(xué)院教授、A123電池公司前創(chuàng)始人之一蔣業(yè)明。其中，通用汽車的插電混合動(dòng)力汽車沃藍(lán)達(dá)、上海汽車的榮威550插電版都是用A123公司的電池。
蔣業(yè)明這個(gè)名字在電池界很知名，他除了搞磷酸鐵鋰離子電池（比亞迪電動(dòng)汽車用的就是磷酸鐵鋰離子電池）以外，還與同事于5年前提出了“半固態(tài)液流電池”的概念，這些年他一直在做商用的努力。
蔣業(yè)明是人，美國(guó)工程院院士，中央研究院院士,麻省理工學(xué)院材料系教授，研究過(guò)用鋁、鈮、鋯等三種金屬做正極的超級(jí)鋰離子電池。在全球材料科學(xué)家中排名66位。算是電池行業(yè)的世界優(yōu)秀專家。
先說(shuō)說(shuō)“液流電池”是個(gè)什么東西
我們目前用的絕大部分電池都來(lái)自于一個(gè)古老的模型——公元1800年的原電池。這個(gè)東西的原理就是有正極，有負(fù)極，有電解液，然后電子流動(dòng)就有了電。
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%
家里的土豆、檸檬、蘋果，插上一個(gè)銅片，一個(gè)鋅片就可以帶動(dòng)電子鐘，就是這個(gè)原理。
最近300年來(lái)，人們不斷尋找正極和負(fù)極材料，提升能量密度，無(wú)論是干電池、鎳鎘電池還是流行的鋰離子電池，都是材料的升級(jí)。原理和家里DIY的土豆電池，蘋果電池是完全相同的。
無(wú)論材料怎么升級(jí)，傳統(tǒng)的電池對(duì)活性物質(zhì)的利用率很低，能夠出現(xiàn)電能的物質(zhì)被包裹在必須的非活性物質(zhì)之中。在我們常見的鋰離子電池里面，鋰材料只含電池重量的2%左右。這些非活性物質(zhì)新增了電池成本，還降低了活性物質(zhì)的利用率。
因?yàn)閭鹘y(tǒng)電池的這些弱點(diǎn)，人們發(fā)明了液流電池。液流電池可以視為一個(gè)獨(dú)立的大電池，正負(fù)極電解液分別存放，集中反應(yīng)出現(xiàn)電能。這樣無(wú)需昂貴的附加材料，可以大大提升效率。
（液流電池的工作原理）
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(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
其實(shí)，液流電池并非那么完美
既然液流電池這么好，效率這么高，為何還沒有被廣泛采用呢？
這是因?yàn)橐毫麟姵夭粌H僅有優(yōu)點(diǎn)，它的缺點(diǎn)也很多。
目前液流電池的濃度有限制，雖然理論上效率比傳統(tǒng)電池要高，但是溶液濃度低、能量密度和功率密度并沒有優(yōu)勢(shì)，價(jià)格也不算便宜。溶液本身能量密度就低，再加上裝溶液的罐子、抽送溶液的泵等附加裝置，液流電池整個(gè)系統(tǒng)綜合算下來(lái)效能就更差。
所以，蔣業(yè)明開發(fā)出來(lái)了半固態(tài)鋰液流電池。
這種液流電池不用溶液，用細(xì)小的鋰化合物粒子與液體電解液混合形成的泥漿。因?yàn)檫@種泥漿的能量密度可以做的比溶液高，于是液流電池的大容量?jī)?yōu)勢(shì)就有了，在蔣業(yè)明在麻省理工寫論文的時(shí)候，他的半固態(tài)液流電池的能量已經(jīng)可以達(dá)到500WH/L了（參照：手機(jī)，平板的和這個(gè)差不多，而動(dòng)力鋰離子電池遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個(gè)）。
這種電池的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單。電極是細(xì)小的鋰化合物粒子與液體電解液混合形成的泥漿，電池使用兩束泥漿流，一束帶正電，一束帶負(fù)電。兩束泥漿都通過(guò)鋁集電器和銅集電器，兩個(gè)集電器之間有一個(gè)能透水的膜。當(dāng)兩束泥漿通過(guò)膜時(shí)，會(huì)交換鋰離子，導(dǎo)致電流在外部流動(dòng)。為了重新給電池充電，只要施加電壓讓離子后退穿過(guò)膜即可。
（半固態(tài)鋰液流電池）
這樣，它的正極負(fù)極的材料利用率比傳統(tǒng)電池高的多，只要一層膜就夠了，用的各種材料也比傳統(tǒng)電池便宜的多。
而且，半固態(tài)鋰液流電池可以做成柔性的（你可以想象成塑膠袋包著兩團(tuán)泥漿），電池不僅可彎曲、折疊，即使被子彈穿過(guò)也不會(huì)受損，安全性耐用性都有很大的優(yōu)勢(shì)。
電池革命真的來(lái)了？
理論上，蔣業(yè)明的這種電池能量密度更高，價(jià)格更低（據(jù)他估計(jì)，到2020年，每千瓦時(shí)容量的成本將降至100美元以下，而目前我國(guó)產(chǎn)的最便宜的動(dòng)力鋰離子電池也得300美元以上），更安全，具有美好的前景。
但是，這種東西的原理和結(jié)構(gòu)與現(xiàn)在的電池完全不同，生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，品質(zhì)控制，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，量產(chǎn)工藝這些東西都得從頭摸索?，F(xiàn)在的電池生產(chǎn)線不能用。
于是，這些年蔣業(yè)明的24M公司就一直在干從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)的事情，要解決新結(jié)構(gòu)電池量產(chǎn)中遇到的各種問(wèn)題。
一開始，蔣和他的幾個(gè)同事用純手動(dòng)模式試棗，然后逐漸形成了一條手工的生產(chǎn)線。熟能生巧，到后來(lái)，他們手動(dòng)生產(chǎn)一塊手機(jī)電池大小的單元只需6分鐘。
經(jīng)過(guò)摸索，團(tuán)隊(duì)對(duì)生產(chǎn)工藝反復(fù)改進(jìn)，最終打造出了一個(gè)工業(yè)化的生產(chǎn)平臺(tái)，讓電池的能量密度和生產(chǎn)速度都發(fā)生了質(zhì)的變化。投資人對(duì)24M取得的進(jìn)展非常滿意，給了24M高達(dá)5450萬(wàn)美元的融資。
而24M公司已經(jīng)在原型生產(chǎn)線上制造了大約10000塊這樣的電池，其中大部分正在接受3個(gè)工業(yè)合作伙伴的測(cè)試，包括泰國(guó)的一家石油公司和日本重型設(shè)備制造商IHI株式會(huì)社。新工藝已獲得8項(xiàng)專利，另有75項(xiàng)專利正在接受評(píng)審。
下一步，蔣業(yè)明準(zhǔn)備啟動(dòng)第三輪融資，新的資金將用于研發(fā)一種機(jī)器，能在2-10秒內(nèi)產(chǎn)出一個(gè)電芯。
這說(shuō)明，半固態(tài)液流電池已經(jīng)到了大規(guī)模測(cè)試階段了，這個(gè)階段過(guò)了就是大規(guī)模量產(chǎn)了，這是非常令人激動(dòng)的。在電池歷史上，這個(gè)成就是可以與當(dāng)年索尼發(fā)明鋰離子電池相提并論的。
不過(guò)，液流電池的成本優(yōu)勢(shì)，安全優(yōu)勢(shì)，容量?jī)?yōu)勢(shì)，在我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C(jī)、平板上并不突出。
因?yàn)檫@些設(shè)備用的電池太小，成本太低。幾千元的手機(jī)，電池成本是10元還是20元影響不大，而新的電池還要做各種測(cè)試，重新設(shè)計(jì)電池倉(cāng)，得不償失。
而這種容量大、便宜、安全性好的電池卻是新能源汽車與家庭儲(chǔ)能的絕配。
特斯拉汽車假如用這種電池，價(jià)格立即就能變得平易近人，而且續(xù)航里程也會(huì)更長(zhǎng)。用到特斯拉的家庭儲(chǔ)能設(shè)備上，價(jià)格也會(huì)立即下降。而且這種電池更安全，不怕普通的碰撞，這對(duì)電動(dòng)汽車的安全性很有好處。
電池革命這次也許真的來(lái)了，也許只要3-5年，我們的世界就會(huì)完全不同。
