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“無負極電池”顛覆電動車和手機電池

2015-01-05

根據美國權威的獨立電池測試實驗室A123 公司今年十月份的驗證,它的2Ah產品原型的能量密度達到了每升1337瓦時(Wh/L),這超過了目前蘋果、三星,小米和特斯拉電池能量密度的2倍,這 一項成果突破了目前世界最高記錄,還獲得了包括美國 R&D100 獎(科技創新的奧斯卡)和美國能源部清潔能源獎等一系列知名的科技創新獎項。

  該技術由MIT的胡啟朝博士和唐納德。賽德維(Donald Sadoway)教授共同研發,在學校的孵化下,兩位科學家還帶領一支MIT的創業團隊組建了麻省固體能源(SolidEnergy)公司,以促進科技成 果的產業化轉化,并獲得了MIT相關專利的全球獨家使用權。該公司2013年獲得了450萬美金的A輪融資,投資者包括新加坡的淡馬錫等。

  根據花旗銀行的最新報告,2014年全球可充式鋰電池市場高達210億美元,其中120億美元來自于消費類電子產品,35億美元來自于電動汽車。 保守估計,2020年全球可充式鋰電池市場達到350億美元,包括147億美元來自于消費類電子產品,100億美元來自于電動汽車,平均每年增長10%。 隨著人們越來越多的使用智能硬件,實際的鋰電池市場會遠遠大于這個保守估計。

  唐納德。賽德維教授是世界著名的電池專家,是2012 年時代周刊評選的世界最有影響力的 100 人之一,他此前的電池項目曾經得到微軟董事長比爾。蓋茨的支持。胡啟朝博士畢業于哈佛大學,是2012 年福布斯評選的全球 30 位 30 歲以下杰出科學家之一。

  根據美國能源部的定義,第一代鋰電池使用石墨負極,最多能達到600 Wh/L的能量密度; 第二代鋰電池使用硅負極,最高能取得 800 Wh/L左右的能量密度;第一代和第二代都屬于傳統的鋰離子電池。而第三代鋰電池將使用更高能量密度的金屬負極甚至做到無負極,能超過 1000 Wh/L 的能量密度。

  專家表示,盡管過去20年間各類技術發展突飛猛進,計算機的體積大大縮小,現在新型智能手表的計算能力比阿波羅登月飛船的都要強大,然而最普遍的可充電電池鋰離子電池技術卻一直停滯不前。

  “電動汽車產業化進程在很大程度上取決于電池技術的進步。當前全球諸多電池技術的創新預示著這個進程會加快,尤其是如果能出現顛覆性的電池技術,整個電動汽車產業格局和商業模式都有可能發生預想不到的變化,”,國務院發展研究中心企業研究所副所長張永偉說。

  電池由四部分構成:正極,負極,電解液和隔膜。

  大部分電池公司都扎堆在正極材料的生產上,傳統消費類電子產品通常使用的是高能量密度的鋰鈷氧(LCO)。正極材料的研發創新周期很快,一般每年都有5%的能量密度方面的提升,但這種創新非常漸進和零散,而且不同的應用和企業會選擇不同的正極。

  “在負極方面,創新相對來說要困難很多,一般每10年到20年才有一次大的突破,這也是為什么電池由負極決定屬于哪一代,”胡啟朝博士說。

  目前的負極主要是以石墨為主,優點是非常成熟和廉價,缺點能量密度很低。在負極提供商中,幾乎沒有技術差異,主要靠降低成本來競爭。電解液方面呈現非 常多樣和分散的態勢,但不同產品差異很小。隔膜方面的一些核心技術主要由日本和美國企業掌握,利潤很高,但是隨著先進技術的推進,他們的優勢和壟斷地位也 在逐漸消失。

  為了推動電池行業的核心創新,SolidEnergy專注于開發新一代負極材料,并使之與不同的正極材料相匹配,為大規模普及投入使用奠定基礎。

  “未來我們希望成為一個專注于電池負極和電解液的材料提供者,我們目前已經和多個電池公司和消費類電子公司,包括蘋果和三星,合作測試電池材料,” 胡博士說。

  “在大規模生產前,我們仍然需要解決許多制造工藝的問題,比如均勻性和純度。主要的挑戰是要確保在大規模生產時,材料仍然和實驗室小規模有同樣的純度和均勻性,”他補充到。

  目前SolidEnergy正在積極準備,如果一切順利,2015年秋季將推出消費類電子產品電池材料,2016年秋季推出電動汽車電池材料,預計2016年,SolidEnergy的產量可以支持1000萬部智能手機和智能手表。

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