IBM造海水電池 “攪局”鋰電池產(chǎn)業(yè)？

　　新能源汽車行業(yè)真的進(jìn)入了一個(gè)多事之“春”！

　　新冠疫情的蔓延讓整個(gè)汽車行業(yè)，當(dāng)然也包括新能源汽車，陷入了產(chǎn)銷量下滑的巨大風(fēng)險(xiǎn)之中。而在國家提出的“新基建”等積極救市的措施下，新能源充電樁的建設(shè)也被重點(diǎn)提及。近期，國務(wù)院的常務(wù)會議又決定將新能源汽車購置補(bǔ)貼和免征購置稅政策延長2年。這無疑是給新能源車企再次打下一劑強(qiáng)心針。

　　但補(bǔ)貼僅僅可以續(xù)命，能否在這場疫情大考下活下去，還要看車企們的自救能力。

　　即使沒有這場疫情，2020年也會成為新能源汽車行業(yè)的轉(zhuǎn)折之年。尤其是在新能源汽車的動力電池領(lǐng)域，也正在上演一場技術(shù)路線的劇變。

　　年初比亞迪對外公開透露的“刀片電池”，現(xiàn)在終于靴子落地。3月29日，比亞迪刀片電池發(fā)布會舉行，預(yù)計(jì)6月份正式上市。

　　作為新一代的磷酸鐵鋰技術(shù)路線的刀片電池被視為顛覆風(fēng)頭正勁的三元鋰電池的殺手锏創(chuàng)新。刀片電池帶來的技術(shù)突破和成本下降，也將會倒逼三元鋰電池產(chǎn)品的整體價(jià)格下降。動力電池產(chǎn)業(yè)的洗牌無可避免，但對于新能源汽車購買人群，則一定是一個(gè)利好消息。

　　年初的CES2020展上，IBM放出一則“海水造電池”的技術(shù)成果的新聞，則又給這場風(fēng)云詭譎的產(chǎn)業(yè)變革大戲，加入了一點(diǎn)“攪局”的意味。

　　可能因?yàn)闆]有實(shí)物展示，IBM只是宣布了要和奔馳汽車母公司一起繼續(xù)研發(fā)，因而沒有引起業(yè)內(nèi)過多的關(guān)注。

　　然而仔細(xì)去看，很多細(xì)節(jié)仍然值得品味，包括從海水礦物質(zhì)里提煉出的三種“新材料”、幾乎完美超越鋰電池的所有性能，以及使用了AI算法和量子計(jì)算進(jìn)行研發(fā)……

　　這讓我們不禁要問：海水電池，難道就要成為下一輪新能源電池“天選之子”了？

　　不得不承認(rèn)，海水電池，你已經(jīng)成功引起了我們的注意。

　　鋰電池，確實(shí)沒有看上去那么美好

　　聊海水電池之前，我們先得重新認(rèn)識下鋰電池，這個(gè)熟悉的陌生“朋友”。

　　不知你是否意識到，小到我們的智能手機(jī)、電腦、平板，大到電動腳踏車、電動汽車，幾乎但凡可以充電的玩具、電子設(shè)備，都在使用鋰電池進(jìn)行續(xù)航。可以說，鋰電池已經(jīng)成為我們生活須臾不可離開的生活元素了。

　　不過，你有沒有想過這些問題。這些鋰金屬材料從哪里來？鋰電池對環(huán)境有沒有影響？這些電子產(chǎn)品用完后，鋰電池怎么處理？

　　相較于化學(xué)燃料，鋰電池正被視作一種清潔能源的成熟技術(shù)應(yīng)用，尤其是對于我國這樣的嚴(yán)重依賴煤炭、石油的能源消耗大國。

　　但其實(shí)這里仍然存在一大問題。鋰電池本身只是一種儲能技術(shù)，它所儲存的電力仍然來自現(xiàn)有電網(wǎng)。如果發(fā)電廠的電力源頭不是來自清潔能源（水電、風(fēng)能、核能等），而依然是火電的話，其實(shí)也只是換了一種排放形式。不過，對于取代戰(zhàn)略性能源的石油（及其煉化的燃油），在新能源汽車的動力電池上面，鋰電池則是功不可沒的。

　　那么，鋰電池材料本身的來源符合“清潔能源”的本義么？恐怕不行。

　　目前全球主要的鋰金屬原材料都是通過鹽堿地下，從富含鎂和鉀的鹽水中提煉鋰。在南美洲的安第斯高原（人間仙境烏尤尼鹽沼所在地）的厚厚鹽層下，儲藏著世界上超過一半的鋰金屬礦藏，這里也提供了全球一半的鋰產(chǎn)量。

　　而鋰鹽的過濾和提純，其實(shí)是需要大量的水資源的。對于極度干旱的南美高原來說，鋰礦占用了大量的地下水資源。即使對于水資源相對充足的地區(qū)，含有有毒化學(xué)物質(zhì)的鋰礦的廢水也會重新滲透到生活用水系統(tǒng)當(dāng)中，影響地下水、農(nóng)業(yè)灌溉、人畜飲用水資源等。

　　對于鋰電池來說，無論從儲量上，還是危害上，鋰都算不上厲害角色。能夠?qū)恿﹄姵禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生更大影響的是鎳和鈷，特別是鈷的環(huán)境成本非常巨大。一來這種金屬非常集中地蘊(yùn)藏在中非少數(shù)地區(qū)，壟斷成本導(dǎo)致價(jià)格飆升；二來，鈷的毒性極大，而當(dāng)?shù)芈浜蟮氖止ら_采，對當(dāng)?shù)厝嗽斐蓸O大的傷害。

　　當(dāng)鋰電池在汽車以及電子設(shè)備中壽終正寢之后，難以再二次利用。絕大多數(shù)的鋰電池都將以垃圾填埋，這些金屬元素將重新回到自然環(huán)境當(dāng)中，對我們的生存環(huán)境構(gòu)成長期威脅。

　　我們即使對于鋰金屬以及鎳、鈷、錳等重金屬礦區(qū)的直接污染無動于衷，那么鋰電池在未來對我們生活健康的長期威脅則需要及早予以考慮了。

　　那么，如果有新的電池材料，替換掉包含鈷、錳、鎳重金屬的鋰電池，自然會成為一件造福人類的偉大技術(shù)進(jìn)步。

　　而這個(gè)技術(shù)進(jìn)步的使命會不會就落在“海水電池”身上呢？

　　從實(shí)驗(yàn)室走向商用：海水電池的落地難題

　　嚴(yán)格地說，廣義上來說的海水電池早在上世紀(jì)90年代就出現(xiàn)了。在自然環(huán)境下，沒有哪一種環(huán)境比海洋環(huán)境，也就是海水，可以作為更好的電解質(zhì)材料了。

　　含有3.5%左右NaCl的海水鹽溶液，其電導(dǎo)性是滿足電池電解質(zhì)的基本要求的。那么，從優(yōu)勢上來說，海水電池幾乎可以有著取之不竭的電解質(zhì)材料；反過來，這也成為一種限制條件，即海水電池更多只能使用在海洋環(huán)境當(dāng)中使用。

　　比如，小功率金屬腐蝕類海水電池，可以為小型海洋探測裝置提供電力支持。而大功率的動力海水電池，可以為水下武器裝備（比如魚雷）提供動力。

　　這類海水電池本身是作為發(fā)電設(shè)備使用，而能夠離開海洋環(huán)境，兼具儲能和發(fā)電作用的海水電池顯然更有廣闊商業(yè)價(jià)值。

　　2009年，帶有儲能作用的海水電池發(fā)明。AHI電池是由美國一家電池和儲能系統(tǒng)開發(fā)商Aquion Energy發(fā)明。AHI電池由海水和儲量豐富的鈉和錳制成，由于不含重金屬和有毒化學(xué)物質(zhì)，非易燃、不易爆，因此被該公司稱作“海水電池”。這種電池造價(jià)低廉，大概只需要300美元/千瓦時(shí)，不到鋰離子電池使用成本的三分之一。

　　AHI電池在2015年左右一度投入批量生產(chǎn)，主要用于太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域的儲能。然而在2017年初，因?yàn)闊o法拿到新一輪融資，一度宣布破產(chǎn)。同年7月，Aquion再次恢復(fù)運(yùn)營，目前正在嘗試與中國的一些電網(wǎng)建立合作。受自身成本問題和鋰電池價(jià)格下降等外部制約，海水電池想要在競爭激烈能源領(lǐng)域立足并非易事。

　　2017年，韓國蔚山國家科技研究所（UNIST）也在利用海水研發(fā)一種新型儲能電池，這一海水電池將使用鈉來進(jìn)行儲能和發(fā)電，因此與鋰電池相比，成本上更具優(yōu)勢。當(dāng)時(shí)計(jì)劃在2018年建成一個(gè)10Wh的海水電池組。不過從目前的進(jìn)度來看，韓國研究團(tuán)隊(duì)的這種通過Na離子作為負(fù)極材料的新電池能源儲存系統(tǒng)(ESS)仍然測試當(dāng)中，離真正商用還有一段距離。

　　那么，IBM最新宣布的最新海水電池技術(shù)，目前是什么情況呢？

　　首先IBM表示，新電池的制造材料是由三種從未被記錄的三種專有材料組成，而且都可以從海水中提取，且不含有重金屬材料。但可能出于技術(shù)保密考慮，IBM并未透露三種材料的成分。

　　其次是新電池的突出性能就是充電速度快。據(jù)稱可以在5分鐘內(nèi)完成80%的充電量。如果測試數(shù)據(jù)屬實(shí)，可以極大緩解動力電池充電等待時(shí)長的焦慮。

　　此外，因?yàn)椴缓挕㈡嚨戎亟饘?，使得活性正極成本大幅降低；在功率密度和能源效率等方面，都優(yōu)于目前的鋰離子電池；電解液的不易燃，也將提高動力電池的安全性。

　　從這些特點(diǎn)來看，IBM的動力電池簡直可以成為現(xiàn)有鋰電池為主的新能源汽車動力電池完美替代方案。

　　同時(shí)，IBM研究院也宣布了與梅賽德斯-奔馳北美研發(fā)部、電池電解質(zhì)供應(yīng)商Central Glass及電池生產(chǎn)商Sidus的合作，計(jì)劃共同推出新一代動力電池的量產(chǎn)。

　　那么，我們也不禁想知道IBM可能跨越這個(gè) “從實(shí)驗(yàn)室到商用量產(chǎn)”的魔咒，成為那匹“攪動”鋰電池產(chǎn)業(yè)的跨界黑馬么？

　　“攪局”鋰電池，海水電池的商業(yè)化有待驗(yàn)證

　　想回答這個(gè)問題，似乎并不容易。

　　從IBM官方透露的信息來看，新材料的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新離不開AI技術(shù)的應(yīng)用。通過語義富集AI技術(shù)，從塑料回收到半導(dǎo)體制造等眾多應(yīng)用領(lǐng)域的催化專業(yè)知識的分析，結(jié)合材料學(xué)、分子化學(xué)、電氣工程、先進(jìn)電池試驗(yàn)設(shè)備等技術(shù)，才完成了這一底層材料的發(fā)現(xiàn)。

　　在解決電池的容量和充電速度等電動汽車的問題上，IBM與戴姆勒股份公司合作，視同從在量子計(jì)算方面取得新的突破。

　　這似乎意味著尖端技術(shù)和跨學(xué)科知識在新材料的發(fā)現(xiàn)上起到了重要作用。但從這些更具“公關(guān)”色彩的表述中，實(shí)在難以讓人看到IBM海水電池的新材料上面到底具有哪些核心技術(shù)。

　　顯而易見的科學(xué)常識就是，我們都知道海水的主要成分就是NaCL，其中Na以離子形式存在，此外還有K+，Ca2+，Mg2+和Sr2+四種元素。再加上Cl-、F-、Br-、HCO3-等陰離子，共同構(gòu)成了海水鹽分99.9%的總量。

　　那么，顯然，IBM宣稱的不含重金屬元素的海水電池，大概率離不開鈉、鉀、鎂這三種元素。如果真的如IBM所言，是三種之前電池解決方案都未使用過的成分，那么大概率可能在故弄玄虛，以保密方式保持研發(fā)優(yōu)勢。如果已經(jīng)是非常成熟的新材料技術(shù)完全可以通過申請專利的方式來保護(hù)自己的技術(shù)所有權(quán)。

　　據(jù)官方透露，IBM計(jì)劃和合作伙伴在一年時(shí)間，就將推出這塊海水電池用于電動汽車上的商用版本。這仍然難以令人相信。畢竟受制于工藝流程、材料提煉和制造成本等多方面因素限制，在從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)車間的過程中，很容易出現(xiàn)紕漏。

　　好在一年時(shí)間很短，我們可以期待下在CES2021上能否見到這塊可以商用的海水電池。屆時(shí)就會知道IBM是否真得拿到了新能源動力電池產(chǎn)業(yè)的新門票。

　　盡管海水電池技術(shù)展示出優(yōu)越于鋰電池的卓越性能，但我們也不會輕易得出“海水電池會很快大規(guī)模取代鋰電池” 的樂觀判斷。

　　首先就是鋰電池本身的產(chǎn)業(yè)成熟度，以及近來在電池性能穩(wěn)定性和成本控制上的突破，使得鋰電池仍然將在未來數(shù)年內(nèi)成為新能源汽車市場的主流解決方案。

　　另外就是海水電池本身，在新材料的提取、規(guī)?；纳a(chǎn)上，是否有著難以解決的成本問題跟耗能問題，仍然具有非常大的不確定性。

　　更易得且成本更低的電池材料、去處有害重金屬的技術(shù)方案以及更高的能效，這成為海水電池帶給我們的近乎完美的新能源解決方案。

　　但這一方案出現(xiàn)得有些太過“容易”，以致于不太符合“常識”。我們并不懷疑IBM所具有的技術(shù)實(shí)力和創(chuàng)新能力。我們只是想指出，一項(xiàng)新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)測試，到真正進(jìn)入生產(chǎn)線量產(chǎn)，是一件非常復(fù)雜的流程，從材料提煉制備，到生產(chǎn)工藝流程控制再到安全驗(yàn)證，整個(gè)過程都要解決制造成本和質(zhì)量安全問題。

　　希望準(zhǔn)備跨界入局海水電池的IBM正在做好準(zhǔn)備。