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(fā)出一種制造鋰離子電池的先進工藝：半固態(tài)鋰液流電池。不僅有望顯著降低生產(chǎn)成本，還能提高電池性能，使其更易于回收。

這里有必要介紹下24M公司的創(chuàng)始人，他是麻省理工學院教授、A123電池公司前創(chuàng)始人之一蔣業(yè)明。其中，通用汽車的插電混合動力汽車沃藍達、上海汽車的榮威550插電版都是用A123公司的電池。蔣業(yè)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，還與同事于5年前提出了“半固態(tài)液流電池”的概念，這些年他一直在做商用的努力。

蔣業(yè)明是臺灣人，美國工程院院士，臺灣中央研究院院士,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(yè)的世界頂級專家。

先說說“液流電池”是個什么東西

我們目前用的絕大部分電池都來自于一個古老的模型——公元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，然后電子流動就有了電。

家里的土豆、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。

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

無論材料怎么升級，傳統(tǒng)的電池對活性物質(zhì)的利用率很低，能夠產(chǎn)生電能的物質(zhì)被包裹在必須的非活性物質(zhì)之中。在我們常見的鋰電池里面，鋰材料只含電池重量的2%左右。這些非活性物質(zhì)增加了電池成本，還降低了活性物質(zhì)的利用率。

因為傳統(tǒng)電池的這些弱點，人們發(fā)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(chǎn)生電能。這樣無需昂貴的附加材料，可以大大提升效率。

(液流電池的工作原理)

其實，液流電池并非那么完美

既然液流電池這么好，效率這么高，為什么還沒有被廣泛采用呢?

這是因為液流電池不僅僅有優(yōu)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(tǒng)電池要高，但是溶液濃度低、能量密度和功率密度并沒有優(yōu)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(tǒng)綜合算下來效能就更差。

所以，蔣業(yè)明開發(fā)出來了半固態(tài)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，于是液流電池的大容量優(yōu)勢就有了，在蔣業(yè)明在麻省理工寫論文的時候，他的半固態(tài)液流電池的能量已經(jīng)可以達到500WH/L了(參照：手機，平板的和這個差不多，而動力電池遠遠低于這個)。

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后退穿過膜即可。

(半固態(tài)鋰液流電池)

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

而且，半固態(tài)鋰液流電池可以做成柔性的(你可以想象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(yōu)勢。

電池革命真的來了?

理論上，蔣業(yè)明的這種電池能量密度更高，價格更低(據(jù)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(chǎn)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(jié)構(gòu)與現(xiàn)在的電池完全不同，生產(chǎn)線設(shè)計，品質(zhì)控制，測試標準，量產(chǎn)工藝這些東西都得從頭摸索?，F(xiàn)在的電池生產(chǎn)線不能用。

于是，這些年蔣業(yè)明的24M公司就一直在干從實驗室到量產(chǎn)的事情，要解決新結(jié)構(gòu)電池量產(chǎn)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，然后逐漸形成了一條手工的生產(chǎn)線。熟能生巧，到后來，他們手動生產(chǎn)一塊手機電池大小的單元只需 6 分鐘。

經(jīng)過摸索，團隊對生產(chǎn)工藝反復改進，最終打造出了一個工業(yè)化的生產(chǎn)平臺，讓電池的能量密度和生產(chǎn)速度都發(fā)生了質(zhì)的變化。投資人對 24M 取得的進展非常滿意，給了24M 高達 5450 萬美元的融資。

而24M公司已經(jīng)在原型生產(chǎn)線上制造了大約10000塊這樣的電池，其中大部分正在接受3個工業(yè)合作伙伴的測試，包括泰國的一家石油公司和日本重型設(shè)備制造商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(yè)明準備啟動第三輪融資，新的資金將用于研發(fā)一種機器，能在 2-10 秒內(nèi)產(chǎn)出一個電芯。

這說明，半固態(tài)液流電池已經(jīng)到了大規(guī)模測試階段了，這個階段過了就是大規(guī)模量產(chǎn)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索尼發(fā)明鋰離子電池相提并論的。

不過，液流電池的成本優(yōu)勢，安全優(yōu)勢，容量優(yōu)勢，在我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C、平板上并不突出。

因為這些設(shè)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(shè)計電池倉，得不償失。[!--empirenews.page--]

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(xù)航里程也會更長。用到特斯拉的家庭儲能設(shè)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。