寿命长还便宜 MIT将推“永生牌”液态金属电池

珠江路在线   2018年2月1日  【 转载 】 

  本文标签:液态金属,电池,储能

  现有的储能技术向来由于所用 材料 本身的局限性向来止步不前,这就需要另觅 前途找到新的储能系统,而它最需要解决的无非是最 根本的连个问题:延 长命命、减低成本 。近日,MIT 材料科学与工程系 传授Donald Sadoway在《麻省理工科技评论》和Deeptech深科技举办的EmTech China峰会上公开了他们正在研发的一款液态金属电池 。

  据其介绍,在室温之下,这款产品寿命为4年,它 可以做到超过4,000次的充放电——相当于天天充放电一次 可以 使用10年,而且依旧能保有原始容量的99%,电池损耗率十分低 。

  Sadoway 示意,估计到2019年年底,第一批产品将交付给客户 。

  以下为Donald Sadoway 报告内容实录:

  我想和大家谈的是储能方面的创新,以及储能与其它一些领域的创新有何不同 。和业界的做法不同的是,我们做 事件多了些学院派的 色彩,也便是说,我们现在所做的 事件,可能是以往人们 向来没有做过的 。

  那既然我们想要 革新现有的整个行业,必定会 消费 硕大的成本,所以我们需要在探究的阶段就开始考虑操纵成本的问题 。

  关于现代社会来讲,电力一般和现代化密切挂钩,所以电力网络就显得分外主要,我甚至 可以说电力网络便是世界上最大的供给链,而且要求零库存 。

(如上图所示,地域上大 部分地域都被黑夜笼罩,显然那里急需电力供给)

  但要解决这个问题,就势必要 波及到储能的 宽泛 利用 。 比方关于太阳能、风能这些可再生能源来说,它们 广泛都 存在间歇性供给的问题,所以假如要更好地 施展它们的 效力,就必须要有一整套的储能解决 方案 。

  那现有的储能技术进展的如何呢?

  现状恐怕并不乐观 。首先是大规模的储能设施并不像我们手机电脑上的电池一样 容易,它必须满足安全 巩固运行二三十年,不然便是一场 苦难 。

  另外,还必须 保障其 可以在运行上做到操作足够灵便,这也是其 巩固运行的前提 。还有很主要的丝毫便是要严格操纵生产成本 。

  在这里插一句,电池是由一位名叫 Alessandro Volta 的意大利 传授 创造的,在意大利 10,000 里拉的纸币上印有他的头像 。而且 Alessandro Volta 传授还有特殊值得提的丝毫,那便是他 证实了一位 传授 可以将自己的探究转化为 有利的社会 实际 。

  这也极大地启示了我所从事的电池探究 。首先,我意识到,我需要我的团队一同 集思广益,另外还有丝毫,要从设计伊始就要综合考虑到给制造商提供 定然的生产便捷性 。

  但我们也在研发过程中受到了质疑,由于关于兆瓦级别的大型发电厂来讲,小小的一枚电池 仿佛怎么看都不太能满足他们的储能需要,就更不要提转变世界了 。确实也有电池行业内的人说我们是疯了,但我想说的是,不要只着眼于固有的行业和已有的 创造, 定然要有创新 。

  所以我就把 眼光投向了电解铝行业,他们通常都配有很大的 设施,一天 24 小时不间断工作,而规模效应会带来成本的减低,他们猎取 1 千克铝的成本缺乏 1 美元 。受此启示,我们将电解铝的步骤逆向操作, 创造了液态金属电池,就 可以实现大规模且廉价的电力存储 。 这便是我们以不同的视角去 对待问题所带来的 好处 。

  (液态金属电池 构造,最底层是液态锑,中层是熔盐电解质,上层是液态镁,熔盐处在两层液态金属的之间)

  我的团队成员,其中没有任何一个是电池方面的专家,之前甚至都没有接触过电化学 有关的探究,但他们都是聪慧、没有偏见且无所畏惧的青年才俊, 可以做出 卓越的 成就 。

  固然,进展也并不是 一路顺风的,一开始的时候, 试验总是失败,但 通过几年的探究之后,我们制造了 奇观,我相信二三十年之后,我们 定然 可以做出更多的 成就 。

  最终,谈一下我们的电池的 效力,我们检测了 1000 多种电池,它们的成本都是十分低的 。我们也 获得了众多的科学成就,我们于一周前发表于《Nature Energy》的一篇文章,里面记录了我们的一些进展 。

   可以说,我们的电池是十分特殊的,它有很长的循环寿命,而且它的容量十分 巩固 。从下面这张图表 可以看出,随着 使用 工夫的 蔓延,整个电池的损耗率也是十分低的, 即便每一天都进行充放电操作, 连续 使用 10 年之后依旧 可以确保它 可以 维持初始容量的 99% 。

  在 获得了技术上的 打破之后,我和我的学生们一同成立了一家公司 AMBRI 来专门生产液态金属电池 。我们 获得了来自比尔?盖茨的 A 轮投资,估计产品将会在两年后面世 。

  这里 泄漏一下产品的具体信息:

  体积为 18 立方米;

  储电量 1,000 kWh,功率为 350 kW;

   支撑 1,000 伏直流电;

  总重 15 吨, 总计每千克储能 67Wh,要比锂电池廉价 。

  在室温之下,我们的产品的寿命为 4 年,但它却 可以做到超过 4,000 次的充放电——相当于天天充放电一次 可以 使用 10 年,而且正如前面所提的,它 可以在 通过 4,000 余次的充放电后依旧保有原有容量的 99% 。

  最终,我想 交换一下我的两点思量:

  1、我们要有勇气去走出锂电池的框架,从中有所借鉴来 创造我们自己的储能系统 。

  2、我们发现 卓越的年轻人 可以给我们众多灵感,引发我们去 创造制造新的东西, 惟独有理性、毅力并 保持,就 可以将 幽微的可能性,转换为不可阻挡的 打破 。

  记者:现在有一些新的 材料, 比方说固态电池、液态电池还有用石墨烯做增加剂的,您对这些新 材料的商业前景是怎么 对待的?2020 年之前会不会有一个新 材料超过锂电池这样的?

  Donald Sadoway:一个 要害词便是它的性价比,其实便是我们看到,这么多年来,有新 材料不停涌现 。当前我们用的主流锂电池,最初的发现是 1985 年,约翰他们发现的 。后来在 1990 年的时候,用了它的另外一种变种石墨烯 。当前来讲,在性价比上,它的 体现是最好的 。

  然而,你提到的那些新的 材料,包含还有我们没有据说过的, 最终却 销声匿迹了,什么缘由呢?便是由于成本太高, 无奈 宽泛 使用,石墨烯当前也不得不小批量的生产 。

  记者:中国上一年一年新能源汽车的销售量一共是 77 多万多辆,所以 将来几年淘汰下来的动力电池在二次利用或者是储能方面有没有一些 提议?

  Donald Sadoway:这个问题里面最主要的还是成本问题 。我们当前主流的锂电池,其实电池里面的分子、 品位、 构造太复杂了, 可以回收,然而要把这么复杂的成分提 存入来,循环 使用,这个回收就没有很大的一个经济价格,还不如不循环利用 。

  今日 报告也提到了液态金属,甚至是说它是 可以“永生”的,向来 可以循环利用 。为何呢?由于,它 绝对来说 构造就 比较 容易, 即便外面的外壳被 侵蚀掉了,里面的液态金属 可以 绝对容易的提 存入来,放在另一个外壳里面,就 可以循环 使用了 。

   因此,当我们看到当前人们有这样的一个环保意识, 本身是一件好事,但我们也要反思,是否有的时候我们 适度 热忱了,或者把循环利用的概念 夸大了,而没有去做综合考虑 。今后假如要循环利用,除非电池 构造就不要这么复杂,能用更加容易、更加低的成本去回收循环利用,这个问题 威力得到解决 。

  记者:您开了一家液态金属电池的公司的商业化进度是 怎么的?

  Donald Sadoway:我们公司是 2010 年成立的,2011 年正式开始运作,现在已经是 7 年的 工夫了,你可能会想为何这个商业化的流程这么慢,那时由于我 本身是一个化学老师,从 试验室走到工业化的量产,这个当中有大量内容需要去学习,包含电子治理、能源治理等方面 。

  也需要高度的牢靠性,也便是说你要达到 6σ 的治理水平,100 万个部件里面惟独一个不达标,这样的容错度 威力被 承受,而不是像 试验室 1000 个里面有 1 个不达标的 标准就 可以了 。

  估计到 2019 年年底的时候,也便是说从现在开始还有两年左右的 工夫,第一批商业化的产品,应该是 可以交付到客户的手里面了 。

  记者:关于液态金属电池的技术,当前有哪些潜在的客户对你们十分有兴趣,或者是已经有过接触了?

  Donald Sadoway:确实有不少的客户来询问,由于大家对这个很有兴趣,但我们十分的慎重, 盼望不 适度拉高客户的预期,但确实也很有前景 。