新能源汽車取代傳統(tǒng)燃油汽車是發(fā)展趨勢，但究竟充電電池汽車還是燃料電池汽車更具市場前景？在基礎(chǔ)設(shè)施投資方面哪種更具競爭力？目前尚無定論。德國尤利希研究中心1月30日發(fā)表的一份報告顯示，兩種技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的成本在很大程度上取決于需要供電的車輛數(shù)量。如按數(shù)百萬輛車計算，氫燃料電池汽車的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本相對更便宜。

報告作者之一、尤利希研究中心能源與氣候研究所專家馬丁·魯比尼斯認(rèn)為，充電電池和燃料電池兩種技術(shù)目前仍處于市場發(fā)育階段，因此事先評估未來基礎(chǔ)設(shè)施的投資成本很有必要，不至于盲目發(fā)展，陷入技術(shù)死胡同，在條件變化時無法改變。

目前大部分專家傾向于充電電池，理由很簡單，因為電網(wǎng)是現(xiàn)成的，只需要建設(shè)一定數(shù)量的充電站，而且效率高，充電過程也令人覺得更可靠。而氫燃料電池的大部分基礎(chǔ)設(shè)施必須從頭建起，通過多余風(fēng)能來電解水制氫，還需要一個較為復(fù)雜的裝置，包括氫燃料的儲存、運輸，再分配到加氫站等一系列過程。

尤利希的專家分析了這兩種技術(shù)的應(yīng)用情景，發(fā)現(xiàn)投資回報能力取決于有多少充電電池或燃料電池汽車在路上行駛。如果車輛數(shù)量僅有數(shù)十萬，充電電池汽車的基礎(chǔ)設(shè)施投資成本顯然比燃料電池要低，投資回報率高；而當(dāng)車輛達(dá)到數(shù)百萬輛時，氫燃料電池汽車的投資成本比充電電池要低，投資回報率更高。以2000萬輛電動汽車為例，充電電池汽車需510億歐元，氫燃料電池汽車為400億歐元。1000萬輛車是兩種技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施投資成本的平衡點。

環(huán)境效益也與路面行駛的新能源車數(shù)量有關(guān)。由于能源轉(zhuǎn)化的方式不同，兩種技術(shù)碳排放情況也各不相同。以2000萬輛車為例，充電電池汽車平均每公里排放量為20．9克，而燃料電池汽車為2．7克。

現(xiàn)有的儲能技術(shù)一直由于所用材料本身的局限性一直止步不前，這就需要另覓出路找到新的儲能系統(tǒng)，而它最需要解決的無非是最基本的連個問題：延長壽命、降低成本。

近日，MIT材料科學(xué)與工程系教授Donald Sadoway在《麻省理工科技評論》和Deeptech深科技舉辦的EmTech China峰會上公開了他們正在研發(fā)的一款液態(tài)金屬電池。據(jù)其介紹，在室溫之下，這款產(chǎn)品壽命為4年，它可以做到超過4,000次的充放電——相當(dāng)于每天充放電一次可以使用10年，并且依然能保有原始容量的99%，電池?fù)p耗率非常低。

Sadoway表示，預(yù)計到2019年年底，第一批產(chǎn)品將交付給客戶。

以下為Donald Sadoway演講內(nèi)容實錄：

我想和大家談的是儲能方面的創(chuàng)新，以及儲能與其它一些領(lǐng)域的創(chuàng)新有何不同。和業(yè)界的做法不同的是，我們做事情多了些學(xué)院派的色彩，也就是說，我們現(xiàn)在所做的事情，可能是以前人們從來沒有做過的。

那既然我們想要變革現(xiàn)有的整個行業(yè)，必然會耗費巨大的成本，所以我們需要在研究的階段就開始考慮控制成本的問題。

對于現(xiàn)代社會來講，電力往往和現(xiàn)代化緊密掛鉤，所以電力網(wǎng)絡(luò)就顯得格外重要，我甚至可以說電力網(wǎng)絡(luò)就是世界上最大的供應(yīng)鏈，而且要求零庫存。

（如上圖所示，地區(qū)上大部分地區(qū)都被黑夜籠罩，顯然那里急需電力供應(yīng)）

但要解決這個問題，就勢必要涉及到儲能的廣泛應(yīng)用。比如對于太陽能、風(fēng)能這些可再生能源來說，它們普遍都具有間歇性供應(yīng)的問題，所以如果要更好地發(fā)揮它們的效能，就必須要有一整套的儲能解決方案。

那現(xiàn)有的儲能技術(shù)發(fā)展的如何呢？

現(xiàn)狀恐怕并不樂觀。首先是大規(guī)模的儲能設(shè)施并不像我們手機電腦上的電池一樣簡單，它必須滿足安全穩(wěn)定運行二三十年，否則就是一場災(zāi)難。

另外，還必須保證其能夠在運行上做到操作足夠靈活，這也是其穩(wěn)定運行的前提。還有很重要的一點就是要嚴(yán)格控制生產(chǎn)成本。

在這里插一句，電池是由一位名叫Alessandro Volta的意大利教授發(fā)明的，在意大利10,000里拉的紙幣上印有他的頭像。而且Alessandro Volta教授還有特別值得提的一點，那就是他證明了一位教授可以將自己的研究轉(zhuǎn)化為有益的社會實踐。

這也極大地啟發(fā)了我所從事的電池研究。首先，我意識到，我需要我的團(tuán)隊一起齊心協(xié)力，另外還有一點，要從設(shè)計伊始就要綜合考慮到給制造商提供一定的生產(chǎn)便捷性。

但我們也在研發(fā)過程中受到了質(zhì)疑，因為對于兆瓦級別的大型發(fā)電廠來講，小小的一枚電池似乎怎么看都不太能滿足他們的儲能需求，就更不要提改變世界了。的確也有電池行業(yè)內(nèi)的人說我們是瘋了，但我想說的是，不要只著眼于固有的行業(yè)和已有的發(fā)明，一定要有創(chuàng)新。

所以我就把目光投向了電解鋁行業(yè)，他們通常都配有很大的設(shè)備，一天24小時不間斷工作，而規(guī)模效應(yīng)會帶來成本的降低，他們獲取1千克鋁的成本不足1美元。受此啟發(fā)，我們將電解鋁的步驟逆向操作，發(fā)明了液態(tài)金屬電池，就可以實現(xiàn)大規(guī)模且廉價的電力存儲。這就是我們以不同的視角去看待問題所帶來的好處。

（液態(tài)金屬電池結(jié)構(gòu)，最底層是液態(tài)銻，中層是熔鹽電解質(zhì)，上層是液態(tài)鎂，熔鹽處在兩層液態(tài)金屬的中間）

我的團(tuán)隊成員，其中沒有任何一個是電池方面的專家，之前甚至都沒有接觸過電化學(xué)相關(guān)的研究，但他們都是聰明、沒有偏見且無所畏懼的青年才俊，可以做出杰出的成果。

當(dāng)然，進(jìn)展也并不是一帆風(fēng)順的，一開始的時候，實驗總是失敗，但經(jīng)過幾年的研究之后，我們創(chuàng)造了奇跡，我相信二三十年之后，我們一定能夠做出更多的成績。

最后，談一下我們的電池的效能，我們檢測了1000多種電池，它們的成本都是非常低的。我們也取得了很多的科學(xué)成就，我們于一周前發(fā)表于《Nature Energy》的一篇文章，里面記錄了我們的一些進(jìn)展。

可以說，我們的電池是非常特別的，它有很長的循環(huán)壽命，而且它的容量十分穩(wěn)定。從下面這張圖表可以看出，隨著使用時間的延長，整個電池的損耗率也是非常低的，即便每一天都進(jìn)行充放電操作，持續(xù)使用10年之后依然可以確保它能夠保持初始容量的99%。

在取得了技術(shù)上的突破之后，我和我的學(xué)生們一起成立了一家公司AMBRI來專門生產(chǎn)液態(tài)金屬電池。我們獲得了來自比爾·蓋茨的A輪投資，預(yù)計產(chǎn)品將會在兩年后面世。

這里透露一下產(chǎn)品的具體信息：

體積為18立方米；

儲電量1,000kWh，功率為350kW；

支持1,000伏直流電；

總重15噸，合計每千克儲能67Wh，要比鋰電池便宜。

在室溫之下，我們的產(chǎn)品的壽命為4年，但它卻可以做到超過4,000次的充放電——相當(dāng)于每天充放電一次可以使用10年，而且正如前面所提的，它可以在經(jīng)過4,000余次的充放電后依然保有原有容量的99%。

最后，我想交流一下我的兩點思考：

1、我們要有勇氣去走出鋰電池的框架，從中有所借鑒來發(fā)明我們自己的儲能系統(tǒng)。

2、我們發(fā)現(xiàn)杰出的年輕人能夠給我們很多靈感，激發(fā)我們?nèi)グl(fā)明創(chuàng)造新的東西，只要有理性、毅力并堅持，就可以將微弱的可能性，轉(zhuǎn)換為不可阻擋的突破。

記者：現(xiàn)在有一些新的材料，比如說固態(tài)電池、液態(tài)電池還有用石墨烯做添加劑的，您對這些新材料的商業(yè)前景是怎么看待的？2020年之前會不會有一個新材料超過鋰電池這樣的？

Donald Sadoway：一個關(guān)鍵詞就是它的性價比，其實就是我們看到，這么多年來，有新材料不斷涌現(xiàn)。目前我們用的主流鋰電池，最初的發(fā)現(xiàn)是1985年，約翰他們發(fā)現(xiàn)的。后來在1990年的時候，用了它的另外一種變種石墨烯。目前來講，在性價比上，它的表現(xiàn)是最好的。

但是，你提到的那些新的材料，包括還有我們沒有聽說過的，最后卻銷聲匿跡了，什么原因呢？就是因為成本太高，無法廣泛使用，石墨烯目前也只能小批量的生產(chǎn)。

記者：中國去年一年新能源汽車的銷量一共是77多萬多輛，所以未來幾年淘汰下來的動力電池在二次利用或者是儲能方面有沒有一些建議？

Donald Sadoway：這個問題里面最重要的還是成本問題。我們目前主流的鋰電池，其實電池里面的分子、層次、結(jié)構(gòu)太復(fù)雜了，可以回收，但是要把這么復(fù)雜的成分提取出來，循環(huán)使用，這個回收就沒有很大的一個經(jīng)濟價值，還不如不循環(huán)利用。

今天演講也提到了液態(tài)金屬，甚至是說它是可以“永生”的，一直可以循環(huán)利用。為什么呢？因為，它相對來說結(jié)構(gòu)就比較簡單，即使外面的外殼被腐蝕掉了，里面的液態(tài)金屬可以相對容易的提取出來，放在另一個外殼里面，就可以循環(huán)使用了。

因此，當(dāng)我們看到目前人們有這樣的一個環(huán)保意識，本身是一件好事，但我們也要反思，是不是有的時候我們過度熱情了，或者把循環(huán)利用的概念夸大了，而沒有去做綜合考量。今后如果要循環(huán)利用，除非電池結(jié)構(gòu)就不要這么復(fù)雜，能用更加方便、更加低的成本去回收循環(huán)利用，這個問題才能得到解決。

記者：您開了一家液態(tài)金屬電池的公司的商業(yè)化進(jìn)度是怎樣的？

Donald Sadoway：我們公司是2010年成立的，2011年正式開始運作，現(xiàn)在已經(jīng)是7年的時間了，你可能會想為什么這個商業(yè)化的流程這么慢，那時因為我本身是一個化學(xué)老師，從實驗室走到工業(yè)化的量產(chǎn)，這個當(dāng)中有大量內(nèi)容需要去學(xué)習(xí)，包括電子管理、能源管理等方面。

也需要高度的可靠性，也就是說你要達(dá)到6σ的管理水平，100萬個部件里面只有一個不達(dá)標(biāo)，這樣的容錯度才能被接受，而不是像實驗室1000個里面有1個不達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)就可以了。

預(yù)計到2019年年底的時候，也就是說從現(xiàn)在開始還有兩年左右的時間，第一批商業(yè)化的產(chǎn)品，應(yīng)該是可以交付到客戶的手里面了。

記者：對于液態(tài)金屬電池的技術(shù)，目前有哪些潛在的客戶對你們非常感興趣，或者是已經(jīng)有過接觸了？

Donald Sadoway：的確有不少的客戶來詢問，因為大家對這個很感興趣，但我們非常的謹(jǐn)慎，希望不過度拉高客戶的預(yù)期，但的確也很有前景。