電池革命

呂　靜

這一新技術(shù)如果最終得到實(shí)際應(yīng)用，它將解決諸多的能源問(wèn)題

2007年1月16日，美國(guó)得州一家研制電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能裝置、名為EEStor的公司打破沉默，對(duì)外宣告了他們“里程碑”式的成果：他們的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)由獨(dú)立的第三方分析驗(yàn)收，其產(chǎn)品的關(guān)鍵物質(zhì)鋇鈦酸鹽粉末已經(jīng)完成了最初的純化，純度已經(jīng)達(dá)到了99.9994%。

這一技術(shù)一旦進(jìn)入成熟的工業(yè)生產(chǎn)，他們所研制的新型超級(jí)電容器動(dòng)力系統(tǒng)將替代包括從電動(dòng)汽車(chē)到筆記本電腦的一切電化學(xué)電池；他們的發(fā)明今年就可能應(yīng)用在電動(dòng)車(chē)上。

人們最初懷疑EEStor公司這一揚(yáng)言的可信度，但現(xiàn)在看來(lái)，他們還真不太像是在“吹?！薄?/p>

超級(jí)電容器的誕生

按照2006年4月發(fā)表的專(zhuān)利，EEStor這種能量存儲(chǔ)裝置是用陶瓷粉末涂在鋁氧化物和玻璃的表面。從技術(shù)上說(shuō)，它并不是電池，而是一種超級(jí)電容器，它在5分鐘內(nèi)充的電能可以讓一個(gè)電動(dòng)車(chē)走500英里，電費(fèi)只有9美元——而燒汽油內(nèi)燃機(jī)的車(chē)走相同里程則要花費(fèi)60美元。

與傳統(tǒng)的電化學(xué)電池相比，超級(jí)電容器有很多好處。它可以無(wú)限制地接受無(wú)數(shù)次放電和充電，換句話(huà)說(shuō)，超級(jí)電容器沒(méi)有“記憶”。但是，一般的超級(jí)電容器也有其弱點(diǎn)，就是能量存儲(chǔ)率有限，今天市場(chǎng)上的高端超級(jí)電容器每磅的存儲(chǔ)能量只有鋰電池的1/25。

而EEStor開(kāi)發(fā)的超級(jí)電容器，由于鋇鈦酸鹽有足夠的純度，存儲(chǔ)能量的能力大大提高。EEStor公司負(fù)責(zé)人聲稱(chēng)，該超級(jí)電容器每公斤所存儲(chǔ)的能量可達(dá)0.28千瓦時(shí)，相比之下，每公斤鋰電池是0.12千瓦時(shí)，鉛酸電池只有0.032千瓦時(shí)，這就讓超級(jí)電容器有了用在從電動(dòng)車(chē)、起搏器到武器等其他領(lǐng)域的可能。

好的鉛酸電池能充電500～700次，而根據(jù)EEStor的聲明，新的超級(jí)電容器可反復(fù)充電100萬(wàn)次以上，也不會(huì)出現(xiàn)材料降解問(wèn)題。而且，由于它不是化學(xué)電池，而是一種固體狀態(tài)的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，不會(huì)出現(xiàn)鋰電池那種過(guò)熱甚至爆炸的危險(xiǎn)，沒(méi)有安全隱患。

對(duì)傳統(tǒng)電池構(gòu)成沖擊？

早在2004年5月，EEStor公司就聲稱(chēng)，他們已經(jīng)制造出一種每千瓦時(shí)的成本價(jià)格是鉛酸電池的一半、能量?jī)?chǔ)存率是鉛酸電池10倍的超級(jí)電容器。這種產(chǎn)品重約336磅(153公斤)，可以?xún)?chǔ)存52千瓦時(shí)的能量，這種系統(tǒng)將戲劇性地從能量密度、價(jià)格到充電時(shí)間和安全性上都超過(guò)目前市場(chǎng)的鋰電池。這種技術(shù)是以鋇鈦酸鹽為電介質(zhì)的一個(gè)基本平行板電容器，制造這種陶瓷電池-超級(jí)電容器技術(shù)系統(tǒng)不需要有毒材料和化學(xué)物質(zhì)。

EEStor的雄心來(lái)自其“替代電氣化學(xué)電池”的專(zhuān)利。EEStor在2004年就開(kāi)始計(jì)劃建造自己的裝配線(xiàn)，進(jìn)而獲得批量生產(chǎn)的技術(shù)許可。從他們的計(jì)劃看，其裝置在生產(chǎn)成本上也有可能比傳統(tǒng)鋰電池更具有優(yōu)勢(shì)。

有評(píng)論說(shuō)，這一發(fā)明的意義相當(dāng)重大，該突破不僅從根本上改變了電動(dòng)車(chē)在交通運(yùn)輸中的位置，也將改進(jìn)諸如風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性能源的利用性能，更增進(jìn)了電網(wǎng)的效率和穩(wěn)定性，也將滿(mǎn)足人們能源安全的需求，減少對(duì)石油的依賴(lài)。

顯然，該突破也對(duì)下一代鋰電池的研制者造成威脅。EEStor公司負(fù)責(zé)人暗示，他們的技術(shù)不僅適用于小型旅客電動(dòng)車(chē)，還可能取代300馬力的大型汽車(chē)。

質(zhì)疑的聲音

加州大學(xué)戴維斯分校的安德魯(Andrew Burke)是運(yùn)輸能量系統(tǒng)的專(zhuān)家，他對(duì)EEStor的發(fā)明依然有些懷疑，認(rèn)為這種發(fā)明與現(xiàn)實(shí)有距離。他說(shuō)：“假如這項(xiàng)技術(shù)最后比我想象的結(jié)果好，我不會(huì)難過(guò)，只會(huì)高興。”

另一位專(zhuān)家、曾在福特汽車(chē)公司做了18年工程研究的超級(jí)電容專(zhuān)家吉姆·米勒(Jim Miller)也覺(jué)得這種說(shuō)法不太可信?！拔覀儜岩傻牡谝稽c(diǎn)就是泄漏，因?yàn)楦邏弘娙萜饔幸粋€(gè)快速自我放電的趨勢(shì)，這就是說(shuō)，如果你把電池放一夜，它就沒(méi)有電了，那么早上用的時(shí)候，你還是要充電?！?/p>

他也不相信陶瓷結(jié)構(gòu)，認(rèn)為這種物質(zhì)的性質(zhì)很脆，使用這種材料需要控制好溫度和壓力，使得陶瓷不會(huì)發(fā)生微裂并最終破損。而EEStor公司回答說(shuō)他們的系統(tǒng)可以在-20℃——而不是以前所說(shuō)的-40℃——條件下工作。

米勒說(shuō)：“對(duì)自動(dòng)推進(jìn)的汽車(chē)，-20℃是不夠好的，-40℃比較合適，而相比之下，一些鋰電池可以在-30℃使用。”

安全性是另外一個(gè)值得關(guān)心的話(huà)題。如果一個(gè)車(chē)載的3500伏電能裝置破損了，會(huì)發(fā)生怎么樣的災(zāi)難？

EEStor公司對(duì)這一問(wèn)題回答說(shuō)，電壓將由一個(gè)雙向轉(zhuǎn)化器逐漸降低，整個(gè)系統(tǒng)將被安置在一個(gè)接地的金屬盒子里。

“讓保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室出具安全證明一點(diǎn)兒都不困難。即使你在兩極之間放一根小棍兒，我們也有辦法讓這個(gè)東西融化而不會(huì)讓它短路，這將是世界上你所看到的最安全的電池。”

但對(duì)于溫度、泄漏和陶瓷脆度等問(wèn)題，大概與專(zhuān)利技術(shù)有關(guān)，EEStor公司沒(méi)有解釋他們是如何解決這些問(wèn)題的。