電池續(xù)航力的提升決定著電動汽車的命運，科研人員在追求化學(xué)與材料的新發(fā)現(xiàn)，車企與電池供應(yīng)商在合力降低成本增加能量。在不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)中，替代鋰離子化學(xué)成分的各種研究大量投入，有一些成為了熱門應(yīng)用和解決方案。

 

　　一、五大電池技術(shù)商業(yè)前景可期

 

　　1.麻省理工學(xué)院：半固態(tài)鋰液流電池

 

　　美國麻省理工學(xué)院的研究人員與一家名為24M的衍生公司合作，開發(fā)出一種制造鋰離子電池的先進工藝：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。

 

　　24M公司的創(chuàng)始人是麻省理工學(xué)院教授、A123電池公司前創(chuàng)始人之一蔣業(yè)明。蔣業(yè)明這個名字在電池界很知名，在全球材料科學(xué)家中排名66位。算是電池行業(yè)的世界頂級專家。他除了搞磷酸鐵鋰電池以外，還與同事于5年前提出了“半固態(tài)液流電池”概念，這些年他一直在做商用努力。

 

　　人們不斷尋找正極和負極材料，提升能量密度，干電池、鎳鎘電池還是鋰電池，無論材料怎么升級，傳統(tǒng)電池對活性物質(zhì)的利用率很低，能夠產(chǎn)生電能的物質(zhì)被包裹在必須的非活性物質(zhì)之中。在常見的鋰電池里面，鋰材料只含電池重量的2%左右，這些非活性物質(zhì)增加了電池成本，降低了活性物質(zhì)的利用率。因為傳統(tǒng)電池的這些弱點，誕生了液流電池。液流電池可以視為一個獨立的大電池，正負極電解液分別存放，集中反應(yīng)產(chǎn)生電能。這樣無需昂貴的附加材料，可以大大提升效率。

 

　　既然液流電池這么好，效率這么高，為什么還沒有被廣泛采用呢？因為液流電池的缺點也很多。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，價格也不算便宜。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，液流電池整個系統(tǒng)綜合算下來效能就更差。

 

　　所以，蔣業(yè)明開發(fā)出來了半固態(tài)鋰液流電池。這種液流電池不用溶液，用細小的鋰化合物粒子與液體電解液混合形成的泥漿。因為這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優(yōu)勢就有了，在蔣業(yè)明在麻省理工寫論文的時候，他的半固態(tài)液流電池的能量已經(jīng)可以達到500WH/L。

 

　　這種電池的原理其實很簡單。電極是細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，一束帶負電，兩束泥漿都通過鋁集電器和銅集電器，兩個集電器之間有一個能透水的膜。當兩束泥漿通過膜時，會交換鋰離子，導(dǎo)致電流在外部流動。為了重新給電池充電，只需要施加電壓讓離子后退穿過膜即可。這樣，它的正極負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(可以想象成塑料袋包著兩團泥漿)，不僅可彎曲、折迭，即使被子彈穿過也不會受損，安全性耐用性都有很大優(yōu)勢。

 

半固態(tài)液流電池

 

　　理論上，半固態(tài)鋰液流電池的能量密度更高，價格更低，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、質(zhì)量控制、測試標準、量產(chǎn)工藝這些東西都得從頭摸索。于是，這些年蔣業(yè)明的24M公司就一直在做從實驗室到量產(chǎn)的事情，解決新結(jié)構(gòu)電池量產(chǎn)中遇到的各種問題，逐漸形成了一條手工生產(chǎn)線。到后來，他們手動生產(chǎn)一塊手機電池大小的單元只需6分鐘。經(jīng)過摸索，團隊對生產(chǎn)工藝反復(fù)改進，最終打造出了工業(yè)化生產(chǎn)平臺，讓電池的能量密度和生產(chǎn)速度都發(fā)生了質(zhì)的變化。