液流電池：供電動(dòng)汽車使用的液體燃料

    鋰電世界  要讓電動(dòng)汽車跑上數(shù)百千米而中途不用充電，提高電池性能是關(guān)鍵。但現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)卻始終是小打小鬧，突破性進(jìn)展總讓人覺得遙不可及。不過(guò)，采用一種新方法來(lái)安排現(xiàn)代電池的內(nèi)部架構(gòu)，有望使電池容量翻一番。
    這個(gè)想法由麻省理工學(xué)院教授蔣業(yè)明(Yet–Ming Chiang )提出，他在度假時(shí)想到了這個(gè)創(chuàng)意，并與別人合作創(chuàng)辦了A123 系統(tǒng)公司。蔣業(yè)明認(rèn)為，推動(dòng)電解液穿過(guò)電池的所謂“液流電池”具有一些極佳的特性，而現(xiàn)今最高水平的鋰離子電池，即已經(jīng)在日常電子產(chǎn)品中普遍使用的那種電池，則有較大的能量密度，如果能找到一種方法把兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，那會(huì)怎樣呢？
    液流電池將電能存儲(chǔ)在電解液槽中，它的缺點(diǎn)是能量密度較低。其優(yōu)點(diǎn)則是大小隨意，擴(kuò)容易如反掌：要提高電池容量，只須建造更大的儲(chǔ)能液槽即可。
    蔣業(yè)明與同事打造出了一種新電池的工作樣品，它的能量密度與傳統(tǒng)的鋰離子電池相當(dāng)，但其儲(chǔ)能載體實(shí)質(zhì)上則是與液流電池一樣的液體。此載體外觀如黑色泥漿，內(nèi)含納米級(jí)微粒及儲(chǔ)能金屬顆粒，蔣業(yè)明稱它為 “坎布里奇原油”(Cambridge crude)。
    如果在電子顯微鏡下觀察坎布里奇原油，會(huì)看見許多微塵大小的顆粒，其材料與構(gòu)成許多鋰離子電池負(fù)極和正極的材料相同，分別為鋰鈷氧化物(正極)和石墨(負(fù)極)。
    在這些懸浮于液體中的相對(duì)較大的顆粒之間，是一些由碳構(gòu)成的納米微粒，它們正是此發(fā)明的“秘密調(diào)料”。納米微粒集聚起來(lái)打造出一個(gè)海綿狀的網(wǎng)絡(luò)，形成一條條把存儲(chǔ)著離子和電子的較大電池顆粒連接起來(lái)的“液體導(dǎo)線”。在其流動(dòng)時(shí)，納米組分也始終維持著電子運(yùn)動(dòng)的路徑，使電子在各個(gè) 儲(chǔ)能載體顆粒之間暢行無(wú)阻。
    新電池的工作載體可以流動(dòng)，這誘發(fā)了 一些美好的憧憬，比如[NextPage]安裝了這種電池的汽 車駛?cè)敕?wù)站后不用充電，直接加坎布里奇 原油即可。蔣業(yè)明的合作伙伴、麻省理工學(xué) 院的W· 克雷格·卡特(W.CraigCarter )提出， 用戶或許可以更換一種狀如燃?xì)夤薅鴥?nèi)裝電 解液的裝置，而無(wú)須在插座上充電。 但是，將充電電解液注入或取出電池， 并非蔣業(yè)明眼下著力開發(fā)的首項(xiàng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng) 用。他已經(jīng)同卡特及實(shí)業(yè)家斯魯普· 懷爾德(Throop Wilder )合作創(chuàng)建了一家名為24M Technologies 的新公司，將其團(tuán)隊(duì)的研發(fā)成果 推向市場(chǎng)。對(duì)于該公司即將推出的第一款產(chǎn) 品，卡特與蔣業(yè)明皆守口如瓶，但他們強(qiáng)調(diào)， 這些電池完全適合于電網(wǎng)儲(chǔ)能等應(yīng)用場(chǎng)合。 蔣業(yè)明指出，即使儲(chǔ)電量不大，也可能對(duì)風(fēng) 能及太陽(yáng)能等間歇性能源的性能產(chǎn)生顯著影 響。以他的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的大規(guī)模儲(chǔ)能電池的 能量密度至少將達(dá)傳統(tǒng)液流電池的10 倍，這 樣電池可做得更加緊湊，成本也可能更低。
    不過(guò)，坎布里奇原油要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用， 還有很長(zhǎng)一段路要走。一所重點(diǎn)科研院校儲(chǔ) 能工程的負(fù)責(zé)人指出：“對(duì)此持懷疑態(tài)度的人 可能會(huì)說(shuō)，他的新設(shè)計(jì)遇到的棘手向題，要 比某種潛在解決方案帶來(lái)的好處多得多。”將 電解液泵送過(guò)電池槽需要增添機(jī)械裝置，從 而加大系統(tǒng)的重量，這當(dāng)然讓人不爽了。“泵、 儲(chǔ)能缸、管道等的重量和體積，以及電解液 和碳添加劑等額外所需的重量和體積加在一 起，可能使這項(xiàng)技術(shù)在重量上超過(guò)現(xiàn)有技術(shù) 水準(zhǔn)的電池。”此外，隨著時(shí)間的推移，經(jīng)過(guò) 多次充放電之后，它的穩(wěn)定性可能也不及傳 統(tǒng)鋰離子電池。
    更根本的問題在于，這種新電池的充電 太慢，據(jù)卡特說(shuō)要比傳統(tǒng)電池慢上2 ～ 4倍。
    這對(duì)汽車來(lái)說(shuō)是個(gè)令人頭疼的事，因?yàn)槠?需要快速傳送動(dòng)力。一種解決辦法是讓這種 電池與傳統(tǒng)電池或超級(jí)電容器(它可在幾[NextPage]秒 內(nèi)釋放出所存儲(chǔ)的電能)搭配使用，在剎車 和加速期間由后者提供緩沖的傳動(dòng)。
    但這種新方案仍然大有潛力。美國(guó)爵碩 大學(xué)材料工程師尤里· 高果奇(YuryGogotsi) 指出，將能量存儲(chǔ)在“微粒型流體”中的裝置 應(yīng)該與幾乎任何一種電池化學(xué)體系相容，從 而使它對(duì)電池行業(yè)未來(lái)的革新起到推動(dòng)作用。 高果奇說(shuō)：“它為電池設(shè)計(jì)開辟了一條新路。”