電池革命

呂　靜

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

2007年1月16日，美國得州一家研制電動汽車儲能裝置、名為EEStor的公司打破沉默，對外宣告了他們“里程碑”式的成果：他們的自動生產(chǎn)線已經(jīng)由獨立的第三方分析驗收，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)達到了99.9994%。

這一技術(shù)一旦進入成熟的工業(yè)生產(chǎn)，他們所研制的新型超級電容器動力系統(tǒng)將替代包括從電動汽車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)用在電動車上。

人們最初懷疑EEStor公司這一揚言的可信度，但現(xiàn)在看來，他們還真不太像是在“吹牛”。

超級電容器的誕生

按照2006年4月發(fā)表的專利，EEStor這種能量存儲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，它并不是電池，而是一種超級電容器，它在5分鐘內(nèi)充的電能可以讓一個電動車走500英里，電費只有9美元——而燒汽油內(nèi)燃機的車走相同里程則要花費60美元。

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

而EEStor開發(fā)的超級電容器，由于鋇鈦酸鹽有足夠的純度，存儲能量的能力大大提高。EEStor公司負責(zé)人聲稱，該超級電容器每公斤所存儲的能量可達0.28千瓦時，相比之下，每公斤鋰電池是0.12千瓦時，鉛酸電池只有0.032千瓦時，這就讓超級電容器有了用在從電動車、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，新的超級電容器可反復(fù)充電100萬次以上，也不會出現(xiàn)材料降解問題。而且，由于它不是化學(xué)電池，而是一種固體狀態(tài)的能量儲存系統(tǒng)，不會出現(xiàn)鋰電池那種過熱甚至爆炸的危險，沒有安全隱患。

對傳統(tǒng)電池構(gòu)成沖擊？

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

EEStor的雄心來自其“替代電氣化學(xué)電池”的專利。EEStor在2004年就開始計劃建造自己的裝配線，進而獲得批量生產(chǎn)的技術(shù)許可。從他們的計劃看，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。

有評論說，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車在交通運輸中的位置，也將改進諸如風(fēng)能、太陽能等間歇性能源的利用性能，更增進了電網(wǎng)的效率和穩(wěn)定性，也將滿足人們能源安全的需求，減少對石油的依賴。

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

質(zhì)疑的聲音

加州大學(xué)戴維斯分校的安德魯(Andrew Burke)是運輸能量系統(tǒng)的專家，他對EEStor的發(fā)明依然有些懷疑，認為這種發(fā)明與現(xiàn)實有距離。他說：“假如這項技術(shù)最后比我想象的結(jié)果好，我不會難過，只會高興。”

另一位專家、曾在福特汽車公司做了18年工程研究的超級電容專家吉姆·米勒(Jim Miller)也覺得這種說法不太可信。“我們懷疑的第一點就是泄漏，因為高壓電容器有一個快速自我放電的趨勢，這就是說，如果你把電池放一夜，它就沒有電了，那么早上用的時候，你還是要充電。”

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

米勒說：“對自動推進的汽車，-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。”

安全性是另外一個值得關(guān)心的話題。如果一個車載的3500伏電能裝置破損了，會發(fā)生怎么樣的災(zāi)難？

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

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

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