40年歷史的鋰電池為什么還沒(méi)被替代？

《麻省理工科技評(píng)論》(MIT Technology Review)日前發(fā)表文章稱，時(shí)至今日我們還沒(méi)有使用上比已有40年歷史的鋰離子電池更優(yōu)秀能量存儲(chǔ)設(shè)備，是因?yàn)殚_(kāi)發(fā)新型電池不僅面臨眾多技術(shù)挑戰(zhàn)，還需要大量的資金支持。

　　今年早些時(shí)候，美國(guó)能源部替代能源高級(jí)研究項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱“ARPA-E”)負(fù)責(zé)人埃倫·威廉姆斯(Ellen Williams)在一夜之間就登上了各大媒體的新聞?lì)^條。原因是她在接受英國(guó)某媒體采訪時(shí)稱：“我們?cè)陔姵仡I(lǐng)域取得了重大突破。”

　　雖然ARPA-E支持的75個(gè)以上的能量存儲(chǔ)方面的研究項(xiàng)目已經(jīng)取得了一些令人滿意的成果，但是在生產(chǎn)體積小、成本低的能量存儲(chǔ)設(shè)備方面，仍未取得突破性進(jìn)展。

　　許多初創(chuàng)公司都接近于生產(chǎn)出一種集經(jīng)濟(jì)、安全、小巧和高能量密度于一體的能量存儲(chǔ)設(shè)備，且能夠保障其成本低于100美元每千瓦時(shí)。但是，如果把能量存儲(chǔ)設(shè)備的價(jià)格控制在100美元每千瓦時(shí)以下，必然會(huì)引發(fā)電偶腐蝕效應(yīng)(galvanic effect)。

　　電偶腐蝕效應(yīng)是指由于腐蝕電位的不同，造成同一介質(zhì)中異種金屬接觸處的局部腐蝕。要克服該問(wèn)題，就需要利用可在生能源。雖然太陽(yáng)能和風(fēng)能這些可再生能源能使電動(dòng)汽車變得更輕，成本更低，但這些能源只有在陽(yáng)光普照或狂風(fēng)肆虐時(shí)才可能擁有。

　　但是，這種新型電池的商業(yè)化速度遠(yuǎn)跟不上當(dāng)前從化石燃料向可再生能源的轉(zhuǎn)移速度。即使對(duì)這些新能源技術(shù)充滿信心的特斯拉CEO埃隆·馬斯克(Elon Musk)也不得不承認(rèn)，當(dāng)前汽車制造商在改進(jìn)鋰電池方面并未取得太大進(jìn)展。

　　事實(shí)上，許多研究人員都認(rèn)為，能源存儲(chǔ)要得到實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，必須要采用一種全新的化學(xué)過(guò)程和物理外形。也只有這樣，才能超越鋰離子電池過(guò)去十年中在消費(fèi)電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車和網(wǎng)絡(luò)級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)等領(lǐng)域所取得的成就。

　　今年5月，美國(guó)能源部舉辦了一個(gè)主題為“超越鋰離子電池”的研討會(huì)。事實(shí)上，這已經(jīng)是第九屆了，旨在討論開(kāi)發(fā)新能源存儲(chǔ)設(shè)備所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。

　　從麻省理工學(xué)院分離出來(lái)的Solid Energy Systems公司創(chuàng)始人胡啟超(音譯，Qi chao Hu)已經(jīng)研制出了一種新型的鋰金屬電池。這種新型電池顯著提高了電池設(shè)備的能量密度，遠(yuǎn)超當(dāng)前電池的能量密度。

　　他說(shuō)：“在長(zhǎng)達(dá)十幾年的新電池系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中，其所遇到的最主要的障礙是：如何把一個(gè)想法轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品。這對(duì)于電池來(lái)說(shuō)更是難上加難，因?yàn)槟闾岣吡四骋环矫娴男阅?，就可能影響另一個(gè)方面的性能。因此，必須要進(jìn)行權(quán)衡。”

　　此外，能量存儲(chǔ)研究還面臨多重性(multiplicity)問(wèn)題：目前有很多電池技術(shù)，從泡沫電池到流體電池，再到化學(xué)電池。在這些電池技術(shù)中，目前還沒(méi)有一個(gè)明確的贏家。這就導(dǎo)致了研究的分散性和不確定性。

　　某研究機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，在過(guò)去的8年間，研究下一代新型電池的創(chuàng)業(yè)公司平均只獲得了4000萬(wàn)美元的資金支持。相比之下，特斯拉將會(huì)對(duì)其生產(chǎn)鋰離子電池的Giga工廠投資約50億美元。何種巨大的投資鴻溝是很難克服的。

　　加州大學(xué)伯克利分校材料學(xué)教授戈?duì)柕?middot;西德(Gerd Ceder)稱：“建立一套完成的小型生產(chǎn)線大概需要投入5億美元。汽車制造商們?cè)谧龀鲑?gòu)買決定之前，可能要對(duì)新的電池系統(tǒng)測(cè)試幾年時(shí)間。因此，如果你的公司每年只能獲得500萬(wàn)美元的資金支持，你幾乎不可能投資5億美元來(lái)建廠生產(chǎn)新電池。”

　　即使新型電池廠商最終能夠?qū)⑦@種新型技術(shù)推向市場(chǎng)，接下來(lái)也將面臨擴(kuò)大生產(chǎn)和尋找買家等難題。之前的Leyden Energy和A123 Systems就是如此，雖然有了新技術(shù)，但還是由于資金不足、需求未達(dá)到預(yù)期而失敗。還有兩家創(chuàng)業(yè)公司Seeo和Sakti 3，在量產(chǎn)之前就被低價(jià)收購(gòu)了。

　　與此同時(shí)，全球三大電池制造商三星、LG和松下也都調(diào)整了戰(zhàn)略，對(duì)新技術(shù)電池的投資興趣越來(lái)越淡，而是傾向于對(duì)其當(dāng)前產(chǎn)品進(jìn)行改善。另外，這些新型電池創(chuàng)業(yè)公司還面臨一個(gè)他們不愿提及的問(wèn)題：在20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的鋰離子電池一直在不斷完善。