台灣之光好東西啊，不用嗎?台船/中科院-潛艦

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麻省理工學院研究的「半固態鋰液流電池」，究竟是什麼？
作者 雷鋒網 | 發布日期 2015 年 07 月 04 日 | 分類 手機 , 汽車科技 , 電池

日前，有新聞稱美國麻省理工學院的研究人員與一家名為 24M 的衍生公司合作，日前開發出一種製造鋰離子電池的先進工藝：半固態鋰液流電池，不僅有望顯著降低生產成本，還能提高電池性能，使其更易於回收。
裡有必要介紹一下 24M 公司的創始人，他是麻省理工學院教授、A123 電池公司前創始人之一蔣業明。其中，通用汽車的插電混合動力汽車雪佛蘭沃藍達、上海汽車的榮威 550 插電版都是用 A123 公司的電池。蔣業明這個名字在電池界很知名，他除了搞磷酸鐵鋰電池（比亞迪電動車用的就是磷酸鐵鋰電池）以外，還與同事於 5 年前提出了「半固態液流電池」的概念，這些年他一直在做商用的努力。

蔣業明是台灣人，美國工程院院士、台灣中央研究院院士、麻省理工學院材料系教授，研究過用鋁、鈮、鋯等三種金屬做正極的超級鋰電池。在全球材料科學家中排名 66 位。算是電池行業的世界頂級專家。

雷鋒網配圖
先說說「液流電池」是什麼東西

我們目前用的絕大部分電池都來自於一個古老的模型——西元 1800 年的原電池。這個東西的原理就是有正極、有負極、有電解液，然後電子流動就有了電。

家裡的花生、檸檬、蘋果，插上一個銅片、一個鋅片就可以帶動電子鐘，就是這個原理。

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最近 300 年來，人們不斷尋找正極和負極材料，提升能量密度，無論是乾電池、鎳鎘電池還是流行的鋰電池，都是材料的升級。原理和家裡 DIY 的花生電池、蘋果電池是完全一樣的。

無論材料怎麼升級，傳統的電池對活性物質的利用率很低，能夠產生電能的物質被包裹在必須的非活性物質之中。在我們常見的鋰電池裡面，鋰材料只含電池重量的 2% 左右，這些非活性物質增加了電池成本，還降低了活性物質的利用率。

因為傳統電池的這些弱點，人們發明了液流電池。液流電池可以視為一個獨立的大電池，正負極電解液分別存放，集中反應產生電能。這樣無需昂貴的附加材料，可以大大提升效率。


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▲ 液流電池的工作原理

其實，液流電池並非那麼完美

既然液流電池這麼好，效率這麼高，為什麼還沒有被廣泛採用呢？

這是因為液流電池不僅僅有優點，它的缺點也很多。

目前液流電池的濃度有限制，雖然理論上效率比傳統電池要高，但是溶液濃度低、能量密度和功率密度並沒有優勢，價格也不算便宜。溶液本身能量密度就低，再加上裝溶液的罐子、抽送溶液的泵等附加裝置，液流電池整個系統綜合算下來效能就更差。



所以，蔣業明開發出來了半固態鋰液流電池。

這種液流電池不用溶液，用細小的鋰化合物粒子與液體電解液混合形成的泥漿。因為這種泥漿的能量密度可以做的比溶液高，於是液流電池的大容量優勢就有了，在蔣業明在麻省理工寫論文的時候，他的半固態液流電池的能量已經可以達到 500WH/L 了。

這種電池的原理其實很簡單。電極是細小的鋰化合物粒子與液體電解液混合形成的泥漿，電池使用兩束泥漿流，一束帶正電，一束帶負電，兩束泥漿都通過鋁集電器和銅集電器，兩個集電器之間有一個能透水的膜。當兩束泥漿通過膜時，會交換鋰離子，導致電流在外部流動。為了重新給電池充電，只需要施加電壓讓離子後退穿過膜即可。

這樣，它的正極負極的材料利用率比傳統電池高的多，只要一層膜就夠了，用的各種材料也比傳統電池便宜的多。

而且，半固態鋰液流電池可以做成柔性的（你可以想像成塑膠袋包著兩團泥漿），電池不僅可彎曲、折疊，即使被子彈穿過也不會受損，安全性耐用性都有很大的優勢。
電池革命真的來了？

理論上，蔣業明的這種電池能量密度更高，價格更低（據他估計，到 2020 年，每千瓦時容量的成本將降至 100 美元以下，而目前中國產的最便宜的動力鋰電池也得 300 美元以上），更安全，具有美好的前景。

但是，這種東西的原理和結構與現在的電池完全不同，生產線設計、品質控制、測試標準、量產工藝這些東西都得從頭摸索。現在的電池生產線不能用。

於是，這些年蔣業明的 24M 公司就一直在做從實驗室到量產的事情，要解決新結構電池量產中遇到的各種問題。

一開始，蔣和他的幾個同事用純手動模式試棗，然後逐漸形成了一條手工的生產線。熟能生巧，到後來，他們手動生產一塊手機電池大小的單元只需 6 分鐘。

經過摸索，團隊對生產工藝反覆改進，最終打造出了一個工業化的生產平台，讓電池的能量密度和生產速度都發生了質的變化。投資人對 24M 取得的進展非常滿意，給了24M 高達 5,450 萬美元的融資。

而 24M 公司已經在原型生產線上製造了大約 10,000 塊這樣的電池，其中大部分正在接受 3 個工業合作夥伴的測試，包括泰國的一家石油公司和日本重型設備製造商 IHI 株式會社。新工藝已獲得 8 項專利，另有 75 項專利正在接受評審。

下一步，蔣業明準備啟動第三輪融資，新的資金將用於研發一種機器，能在 2-10 秒內產出一個電芯。

這說明，半固態液流電池已經到了大規模測試階段了，這個階段過了就是大規模量產了，這是非常令人激動的。在電池歷史上，這個成就是可以與當年 Sony 發明鋰離子電池相提並論的。

不過，液流電池的成本優勢、安全優勢、容量優勢，在我們日常使用的手機、平板上並不突出。
因為這些設備用的電池太小，成本太低。幾千元的手機，電池成本是 10 元還是 20 元影響不大，而新的電池還需要做各種測試，重新設計電池倉，得不償失。

而這種容量大、便宜、安全性好的電池卻是新能源汽車與家庭儲能的絕配。
特斯拉汽車如果用這種電池，價格立即就能變得平易近人，而且續航里程也會更長。用到特斯拉的家庭儲能設備上，價格也會立即下降，而且這種電池更安全，不怕普通的碰撞，這對電動車的安全性很有好處。

電池革命這次也許真的來了，也許只要 3-5 年，我們的世界就會完全不同。





蔣業明是台灣人，美國工程院院士、台灣中央研究院院士、麻省理工學院材料系教授



▲ 液流電池的工作原理



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最大應用應該是在國造潛艦吧，行政院跟國防部快點去跟這個台灣電池之光合作研發潛艦用鋰離子電池

七彩湖

詳細的解說,莫非板大也是箇中高手

澗水藍

將電池艙通通換成馬鈴薯如何?
發完電再吃掉
環保又實在

......

w1106

多謝分享    祝福您一切順利

xhiou

那柴電潛艦是否要取代核潛艦?
我也關心是否能自我發電家供家用?

taf_jsc

為什麼優秀的中華民國國人要到美國才能做出東西?因為有些關鍵材料是不能進口,除非所有的技術及材料是國內可以取得,或偷偷進口的,像二十多年前愛國者飛彈的遙測晶片,是在中和一間公寓生產的一樣,國內有很多人才,可惜被限制進口很多機具與材料變得無用武之地,國家的悲哀.