人們可能覺得電池是整個科技領域里最不起眼的產(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，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(shù)增加而加快鋰電池的損壞。
然而，在未來的電源供應場景里，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，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?，價格依然較高且不穩(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，美國政府機構(gòu)，負責促進和資助先進能源技術的研究開發(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電源，因此電池無法再漲價了。
而對于公用設施的用電，美國人對供電的平均支付水平意味著，如果提供電網(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)這一目標的新電池。
然而，“每千瓦時 100 美元” 這個目標在電力工業(yè)來看近乎荒謬。因為到現(xiàn)在為止，連每千瓦時 700 美元的目標都還沒達到。雖然上述目標到現(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。
▲ 太陽能和風能。(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。太陽能電源供應的峰值在白天，而其電源供應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。風力發(fā)電的可預測性就更低了。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(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爾都有資助，但后續(xù)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(wǎng)際網(wǎng)路初創(chuàng)公司，風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 年就進入這個領域，而他在很長一段時間內(nèi)都是整個團隊中最年輕的人，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，而新型電池可以應用到更廣泛的范圍，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(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)展中慢慢進入我們的生活，進入我們的手機、電腦中。
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