都在期待電池技術突破，聽麻省理工電化學專家Donald Sadoway怎麼說
1月28日，在《麻省理工科技評論》與DeepTech深科技主辦的EmTech China新興科技峰會上，麻省理工學院（MIT）材料科學與工程系教授Donald Sadoway談了關於電池儲能技術的創新議題，他認為要變革現有的行業，實現技術的突破，必然會耗費巨大的成本，所以需要在研究階段就開始考慮控制成本的問題。
麻省理工學院（MIT）材料科學與工程系教授Donald Sadoway
儲能技術該如何創新
Donald Sadoway是世界著名的材料化學、熔鹽物理化學、電化學專家，在貴重金屬提煉、液態金屬電池等方面有很深造詣。他認為，對於現代社會來講，電力往往和現代化緊密掛鉤，所以電力網路就顯得格外重要，電力網路就是世界上最大的供應鏈。
如圖所示，地球上還有大部分地區都被黑夜籠罩，顯然那裡急需電力供應。要解決這個問題，就勢必涉及到儲能的廣泛應用。對於太陽能、風能這些可再生能源來說，都會出現間歇性供應的問題，所以如果要更好地發揮它們的效能，就必須要有一整套儲能解決方案。
那麼現有儲能技術發展狀況如何呢？Donald Sadoway教授認為現狀並不樂觀。首先是大規模的儲能設施並不像手機或電腦里的電池一樣簡單，它必須能滿足安全穩定運行二、三十年，否則就是一場災難。另外，還必須保證其能夠在運行上做到操作足夠靈活，這也是其穩定運行的前提，還有很重要的一點就是要嚴格控制生產成本。從實驗室到市場，仍然有很長的路要走。
Donald Sadoway插播了一段科普小故事，最早，電池是由一位名叫Alessandro?Volta的義大利教授發明的，在義大利10000里拉的紙幣上印有他的頭像。
Alessandro?Volta特別值得提的一點就是，他證明了一位教授可以將自己的研究轉化為有益的社會實踐。這也極大地啟發了Donald Sadoway所從事的電池研究，「首先，我意識到，我需要我的團隊一起齊心協力，還有一點是要從設計伊始就必須綜合考慮到給製造商提供一定的生產便捷性。」
但Donald Sadoway和他的團隊在研發過程中也受到了質疑，因為對於兆瓦級別的大型發電廠來講，小小的一枚電池似乎怎麼看都不太能滿足他們的儲能需求，就更不要提改變世界了。「也的確有電池行業內的人說我們是瘋了，但我想說的是，不要只著眼於固有的行業和已有的發明，一定要有創新。所以我就把目光投向了電解鋁行業，他們通常都配有很大的設備，一天24小時不間斷工作，而規模效應會帶來成本的降低，他們獲取1千克鋁的成本不足一美元。」
液態金屬電池的發明
受此啟發，Donald Sadoway研究團隊將電解鋁的步驟逆向操作，發明了液態金屬電池，能夠實現大規模且廉價的電力存儲，這就是以不同的視角去看待問題所帶來的好處。他的團隊成員，沒有任何一個人是電池方面的專家，之前甚至都沒有接觸過電化學相關的研究，但他們都是聰明、沒有偏見且無所畏懼的青年才俊，照樣可以做出傑出的成果。「當然，進展也並不是一帆風順，開始時實驗總是失敗，但經過幾年的研究之後，我們創造了奇蹟，我相信二三十年之後，我們一定能夠做出更多的成績。」
液態金屬電池結構，最底層是液態銻，中層是熔鹽電解質，上層是液態鎂，熔鹽處在兩層液態金屬的中間。
液態金屬電池的效能如何？Donald Sadoway教授說，這種電池非常特別，有很長的循環壽命，而且容量十分穩定，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，即便每一天都進行充放電操作，持續使用10年之後依然能夠保持初始容量的99%。
在取得了技術上的突破之後，Donald Sadoway和他的學生們一起成立了一家名為AMBRI的公司專門生產液態金屬電池。並且獲得了來自比爾·蓋茨的A輪投資，預計產品將會在兩年後面世。
透露一下產品的具體信息：體積為18立方米； 儲電量1000 kWh，功率為350kW；支持1000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，液態金屬電池產品的壽命為4年，但它卻可以做到超過4000次的充放電——相當於每天充放電一次可以使用10年，而且正如前面所提的，它可以在經過4000餘次的充放電後依然保有原有容量的99%。
對於技術的創新，Donald Sadoway教授提出了他的總結思考：1、要有勇氣走出鋰電池的框架，從中有所借鑒來發明自己的儲能系統。2、傑出的年輕人能夠給我們很多靈感，激發我們去發明創造新的東西。只要有理性、毅力和堅持，就可以將微弱的可能變為不可阻擋的突破。
基礎研究需要政府支持
Donald Sadoway認為，對於基礎研究，需要一定的創新資金，現實和需求還是有差距的，尤其是在美國。在某種程度上，很多的投資花費方式是錯誤的，例如有的是花到鋰電池的研究上，「我們早就可以在商店裡買到鋰電池了，為什麼還要投資這麼多在這個領域？」
他表示，私營企業對於可再生能源是比較有興趣的，所以對於可再生能源的商業化，還是有很好的發展趨勢的。「關於液態金屬電池的研究最初起源於2009年，當時油價是每桶90-100美元，有大企業的CEO意識到可能過一些年，石油和天然氣儲量會越來越少，會更多地傾向於可再生能源，比如說太陽能，但他們突然意識到，如果太陽能不能儲存那就毫無用處。所以他們找到了我，說是否可以投一點錢，請我做這種研究。因此，要確保新技術可以使用是很重要的。而想要有新的技術，就需要有基礎性研究，這時候政府也需要做出努力。我有很多的學生，其中有一大部分來了中國，在這裡有學術機會做一些研究或者是去一些企業，機會多樣化。「
電池技術突破還有多遠？
現有鋰離子電池的核心技術突破是在上世紀80年代完成的，並逐步發展成為目前最穩定、可靠的移動端和汽車端能量儲存技術，然而到目前為止，尚沒有任何一種先進鋰離子電池可以同時滿足高能量密度、高循環壽命、高安全性和較低成本等一系列指標。
Donald Sadoway教授告訴第一電動網，電池技術的突破需要資金，特別是研發方面，但目前很多的整車廠商，好像並沒有在這方面投入了很大的研發成本。包括即使像蘋果這樣偉大的公司也是想從現有的市場中找到綜合性價比更好的電池。
主流的鋰電池技術顯然是有這樣、那樣的問題，目前Donald Sadoway的研究團隊也在研究。但是，他認為這樣的一個技術在短期內不會看到突破性的進展，還需要一定的時間去做研發的突破。此外，就是誰來出錢做研發的問題，這需要有一些沒有偏見的，能夠對革命性的技術有熱忱的資金投入進來，要想取得突破，也意味著伴隨風險，所以需要有遠見卓識的資本加入，和技術探究結合來進行突破。
誰能接替鋰電池？
固態鋰電池、鋰空氣電池、鈉離子電池……，未來誰能成為接班人？Donald Sadoway教授認為，這裡面的關鍵詞是「性價比」。
「我也是材料科學家，這麼多年來，也看到有新材料不斷地湧現。目前我們用的鋰電池在性價比上的表現是最好的，所以它還是主流。但是，很多媒體提到的那些新的材料讓大家歡欣鼓舞，有我們聽過的，可能還有我們沒聽說過的，實際上很多是在實驗室做出來的，最後都有開頭，沒有結尾，或者銷聲匿跡。」Donald Sadoway教授告訴第一電動網，主要的原因就是成本，因為價格太高而無法廣泛的使用，有些目前只能小批量生產，無法做到很大規模應用。
每一度電都要真金白銀，要有更好的性價比，要有更長的循環壽命，最主要的是成本較低。只有在綜合能力上達到了這樣的指標，才有可能替代目前主流——鋰電池。
電池循環使用要綜合考量！
Donald Sadoway教授個人認為，動力電池回收沒有很大的經濟價值。他舉例說，「平時的食品飲料罐很多都用鋁包裝，鋁的回收是很容易的。但是，造一架飛機寧肯用新的鋁，也會不用回收的鋁。因為回收的鋁裡面會有很多雜質，把雜質去除所花的成本要比用新的鋁還貴，所以從經濟效益來說直接就用新的材料。目前主流的鋰電池裡面的分子、層次、結構太複雜，回收可能是可以回收，但是要把這麼複雜的結構，把裡面有用的成分提取出來，循環使用，本身這個成本就很高。
大家都在提資源循環利用也許是因為基於幾個假設：第一，地球上的資源有限，第二，廢料可能不加以循環利用，就會成為垃圾，而垃圾的填埋跟著就成為一個大問題。但是，很多時候也需要綜合地去考慮問題，有些可能還不如不循環利用來得好。
人們有這樣的環保意識，有綠色的節能意識，本身是一件好事，但是我們也要去反思，是不是有的時候我們過渡的熱情了，或者是過渡的把循環利用的概念過渡的誇大了，而沒有去綜合考量。
目前電動汽車使用的鋰電池結構，可能就需要在最初設計的時候進行創新，把它的循環利用考慮進去，結構不要這麼複雜，能用更方便、更低的成本去回收循環利用，這樣問題才能得到解決。
作者：楊曉紅
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