Ambri公司更好的電池

在創業公司Ambri的辦公室里，站在乒乓球桌旁邊的首席技術官戴維·布拉德韋爾需要用雙手才能拿起電池組件，他希望它將來能應用在新型電網的建設中。這種組件是用厚鋼制成的，外形是一個巨大的平底鍋似的圓形容器，直徑16英寸。里面是兩個金屬圓盤和一些含鹽粉末，與焊接在頂部的圓形金屬板組成一個重達100磅的電池組件。

通過把這些大型組件連接起來，Ambri公司計劃制造相當于40英尺海運集裝箱式的巨型電池。不止尺寸驚人，Ambri公司所用技術讓這一電池的化學反應也與所以目前的電池不一樣。當組件被加熱到500℃時，內部的圓盤和粉末，也就是電池的電極和電解液將會分別熔化。這就產生了一個所有部件都是液體的電池。傳統充電電池的固態電極會產生損耗，但是液態電池可以在不怎么損失儲能能力的情況下持續使用很多年。相對固體材料，熔化的材料可以在高得多的電流密度下工作，并且持續更長時間。

麻省理工學院材料化學教授，Ambri公司的聯合創始人，唐納德·沙德維設想使用液態一金屬電池構建電網儲能電池，從而以很低的成本，多小時地存儲太陽能和風力發電產生的能量。由于電網儲能的固定電池不用像筆記本電腦、汽車或手電筒中使用的電池那樣輕便，因此他可以選擇與這些電池完全不同的化學成分。其結果就是這樣的電池可以使用充足且廉價的材料和簡單的生產工藝進行制造。這種電池可以安全地控制大電流，在短時間或更長的周期內提供能量。

如果Ambri公司或其他人可以使電網儲能變得廉價而且可靠，就將改變我們獲得電力的方式。由于風力發電和太陽能發電的間歇性，這些可再生能源不能可靠地為整個甚至大部分電網供電。電網調度要保證用電量和發電量之間的穩定平衡。電力系統必須滿足最大用電量需求，比如人們在夏季打開空調的情況。這意味著風電場和太陽能電站通常需要可快速供應電力的天然氣發電站做支持。

在需要的時候能釋放存儲的電能意味著可以關閉或少建一些化石燃料電廠。但是目前為止我們還沒有為電網儲能的萬全之策。現在，99%的電網儲能方式是“抽水蓄能”——用水泵把水送到高處的水庫，在需要發電時釋放，推動發電機發電。這種低技術含量的方法是有效的，并且從長期來看是廉價的，但是這只限于山區和水資源豐富的地區才能實現。美國能源先進研究項目局（ARPA-E）能源部主管電網儲能項目的馬克約翰遜（Mark Johnson）表示：抽水蓄能提供的電量還不到美國一天功率電容（power capaclty）的1%。

許多公司正在開發新型儲能設備，包括各種類型的巨型電池，大型旋轉圓筒裝置（飛輪儲能），甚至還有壓縮空氣存貯罐。但是目前為止沒有一種方法具有價格競爭力。根據規模，一個抽水蓄能電站可以以每千瓦時100美元的成本價提供數十小時電力。電網級儲能電池的成本是它的10倍，這就是為什么現在電網只有寥寥幾百個兆瓦級的儲能電池，比一個通常電站的裝機還要小。

Ambri公司認為通過使用廉價的材料和簡單的電池設計（無可移動部件），他們完全可以提供成本低于每千瓦時500美元且可靠的能量儲存。雖然這仍高于抽水蓄能技術，但是由于電池可以被放置在任何地方，Ambri公司認為他們的技術在許多應用條件下是最經濟的選擇。

約翰遜說：“對于電網而言，只有一個衡量指標比其他所有指標更重要，那就是成本，除了成本還是成本。”

酒杯

當沙德維在2005年第一次考慮電網儲能問題的時候，他希望從鋁精煉熔爐中獲得靈感。這些巨大的機器可以擴展到20萬平方英尺，通過電解的方式使用大量電能從熔融狀態的氧化鋁中提取鋁。接受過冶金學訓練的沙德維認識到熔煉過程可以為充電電池提供參考模板，使電池輸出的電流水平達到電網應用的要求。他說：“我看著整個過程不禁說道，哇，這就像半個電池一樣！而且它很大，可擴展并且廉價”。

想到到液態-金屬電池的主意以后，沙德維開始尋找合適的電極：他最終選擇了鎂和銻，因為他們廉價并且在液態時可以自然分開，較輕的鎂上升到頂部。含鹽電解液停留在鎂電極和銻電極之間，形成一個三層的電池。

當電池應開始向電網提供電能的時候，上層的鎂原子（陽極）放出電子。這就使得鎂離子穿過電解液與銻發生反應，生成一種合金并且擴展到單元的底層（陰極）。當電池充電的時候，其原理類似精煉爐，合金中放出的鎂穿過電解液重新加入鎂電極。強電流產生的熱量可以保持金屬的熔融狀態。（Ambri公司已經改用更便宜的合金和鹽的混合物，化學反應過程不變。）

2007年，布拉德韋爾還是沙德維實驗室的一名學生，他用鎂-銻技術制造了酒杯直徑大小的試驗級電池。到了2009年，他們已經從美國能源先進研究項目局和法國石油公司道達爾（Total）獲得了將近1100萬美元的研究資金。第二年，沙德維和布拉德韋爾創立了一家名為液態金屬電池公司（Liquid Metal Battery Corporation）。此后他們得到了比爾·蓋茨（Bill Gates）和道達爾的種子資金支持。

兩位創始人預計技術工作將持續超過5到7年，而這正是風投資本家通常愿意等待投資兌現的時間。所以Ambri公司并沒有像其他清潔技術的創業公司那樣一開始就接受投資。不過，2011年夏天，在生產產品的時候。沙德維還是招聘了一名新CEO菲利普·朱迪切（Philip Giudice），協助從科斯拉風險投資（Khosla Ventures）獲得了1500萬資金。公司改名為Ambri，名字來源于這項技術的發源地劍橋。

“至少在一開始，Ambri公司希望避免與電力公司合作，”前馬賽諸塞州能源官員朱迪切說道：電力公司很保守，他們沒有經濟刺激和管理壓力來嘗試新技術。意愿。Ambri公司最先看準一些軍事基地或類似數據中心的，愿意購買備用電源的其他單位。這個市場并不大，但可以用來對電池進行檢驗。

公司預計在今年晚些時候完成冰箱大小的電池模塊，這個模塊由上百個像曲棍球用球大小的電池單元堆積而成，內部由電線串聯。到2014年，研究者們希望實現商業意義上的全尺寸樣機原型，這個全尺寸樣機將會有80個上述電池模塊構成。樣機可以發出500千瓦時的電能，并存儲2兆瓦一小時的電能，這將足以為70個美國家庭提供一整天的電。

朱迪切表示，即使樣機原型制作并運行成功，Ambri公司仍會避免與復雜，規矩眾多的電力公司合作，而去支持獨立發電商和發展并獨自擁有能源項目的公司。例如，在西德克薩斯州，風能在夜晚經常出現發電過剩，而這時的用電需求和電價都很低。電池儲能可以使風電場主在用電高峰時釋放電能，獲得更高的收益。另一個吸引人的早期市場是城市，可以滿足高峰時期的電力需求，比起新增電力傳輸線路來說，電池的性價比更高。

朱迪切表示，如果一切都在意料之中，Ambri公司將會展示多種電池安裝方式，并向電力公司證明這種技術的低風險。到那個時候，Ambri公司就可以與電力公司及批準電網設備中投資的國家管理者展開合作。在未來的5到10年里，一個被充分認可的電力存儲設備有數十億美元的市場潛力。

資金

布拉德韋爾展示了他的團隊的進展狀況，他舉起了最原始的那個酒杯大小的電池單元，旁邊是慢慢變大的電池，4英寸，6英寸和最終的16英寸電池單元。但是，Ambri公司的研究人員現在面對著如何把液態一金屬電池提升到工業化規模的挑戰。解決其他任務的同時，他們必須為電池設計出不透氣的密封裝置并且建立起熱量管理系統，從而保證充放電所釋放的熱量足以讓金屬保持液態。研究團隊仍在研究尋找最小化生產成本的單個電池體積大小，但是電池單元將會是正方形的，邊長在4英寸到16英寸之間，高度大約為2英寸。

Ambri公司有足夠的資金完成它的第一個樣機原型。但是擴大生產規模將需要更多的資金，而現在清潔技術的金融環境相當惡劣。由于地下的投資回報率，一系列廣為人知的公司倒閉事件，以及建造制造能力的昂貴費用，很多風險投資家已經放棄了清潔技術，讓融資選擇變得寥寥無幾。

融資方面的障礙尤其突出，這是因為電網儲能的創業公司正在一個還幾乎不存在的行業里面臨著技術上的巨大挑戰，在這個行業里，幾乎從沒使用過電池。來自通用催化風險投資公司（General Catalyst Partners[直接使用英文]）的投資家比拉爾·祖貝里（BilalZuberi）曾經投資過一個創業公司，開發基于壓縮空氣的電網儲能技術，他表示：“風投資金喜歡承擔技術或者商業上的風險，一些人可以承擔兩者，但是大部分人都做不到。”在下一個階段里，Ambri公司試圖追隨電力行業的投資者們，希望諸如GE，ABB和西門子這樣的公司不僅可以提供資金支持，還能提供制造和市場方面的信用及專家意見。然而，就算Ambri公司的工程技術完美無缺，同時公司獲得了發展所需的全部資金，它也將和其他可替代能源的公司一樣，面臨相同的阻礙：廉價的天然氣。因為天然氣在美國已經變成電力生產優先考慮的燃料，電網儲能技術保有競爭力的價格門檻降低了很多。

最終，對Ambri公司利好的最重要因素也許會來自陳舊脆弱的電網本身。由于颶風桑迪和颶風艾琳導致的大規模的電力斷供說明電力系統有多么脆弱，這使得政界和公眾都要求給出解決辦法。電網儲能可以帶來急需的適應力和靈活性，為建筑物甚至社區配備后備電源，同時還允許電網調度員平滑電力輸出時的波動。一些現在必須被維護以確保電力供應的大型集中式發電站為確保電力也將不再為我們所需了。

意識到電力系統需要成百上千個巨大電池作為緩沖，這需要很多年的時間，并且這也意味著對電力工業現狀的顛覆。這絕不簡單。但是Ambri公司相信他們提供的電池是邁向新里程的第一步。