當(dāng)今的電池技術(shù)：密度大、發(fā)熱量大、問題多
鋰離子電池技術(shù)在很多方面都是移動電源的主力軍。
鋰的原子量是3，如果你還記得中學(xué)化學(xué)的話，這意味著它有三個質(zhì)子，非常輕，是除了氫和氦之外單位體積可填充密度最高的元素。芝加哥伊利諾伊州理工大學(xué)(Illinois Institute of Technology)物理學(xué)教授卡洛˙塞格雷表示，鋰的物理量為化學(xué)家們所熟知，我們幾乎掌握了鋰離子在電池中流動的方式。
塞格雷說，“我認(rèn)為歸根結(jié)底，鋰如此好的原因在于，它非常輕，而且能夠輕易地穿透隔離膜。而且其產(chǎn)生的電壓是已知材料中最高的之一。”
鋰并不是鋰電池里的唯一材料，其中還混有錳(個人電子產(chǎn)品和交通工具)、磷酸鐵(高強(qiáng)度工作)和其他金屬。為了產(chǎn)生電壓，這種混合物會流經(jīng)另一種材料：石墨、鈦溶液、硅和不同形式的碳(依情況而定)。對于大多數(shù)在相對安全的環(huán)境中所使用的非工業(yè)設(shè)備來說，流經(jīng)石墨的是鋰錳氧化物，因為這種材料價格低廉，相對安全，而且密度高。
但是這一老產(chǎn)品也存在一些問題。這一進(jìn)程會在一個高密度空間內(nèi)產(chǎn)生熱量，需要采取一些冷卻措施。(例如，與特斯拉車身長度相當(dāng)?shù)囊簯B(tài)冷卻設(shè)備擔(dān)負(fù)了大量的冷卻工作。)傳導(dǎo)鋰離子的電解液增加了電池的重量。電芯的容量在一段時間后就會下降。充電會讓鋰離子回流，但這一進(jìn)程可以更快一些。充滿電解質(zhì)的高密度鋰電池在發(fā)熱量超過一定程度之后有時會爆漿或爆炸，雖然這一情況很少見。
今后我們可能會使用空氣
IBM研究院(IBM Research)科技部主任錢德拉塞卡爾˙納拉延是電池500項目(Battery 500 Project)的成員。該項目的目標(biāo)是，開發(fā)能夠提供行駛500英里路程所需電量的電池。IBM公司自身并不會生產(chǎn)電池，而是與消費類產(chǎn)品制造商開展合作，將這一技術(shù)帶到現(xiàn)實中。
經(jīng)過多年的努力之后，納拉延看到了鋰-空氣技術(shù)的前景，即用汽車自身補(bǔ)給的氧氣取代石墨和其他的金屬。這類電池可以變得更輕，更安全，而且供電時間也更長。但是研發(fā)新的混合物，將它們制成新材料，并檢測其在數(shù)千輛汽車上的安全性，需要花費非常漫長的時間。
納拉延說：“目前沒有一個指導(dǎo)性原則顯示，我們能夠年復(fù)一年地獲得進(jìn)步，也沒有捷徑可以走。要得到這種范式，唯有創(chuàng)建一種全新的化學(xué)反應(yīng)，而這一點并非創(chuàng)新所能企及的。”
當(dāng)前，鋰-空氣電池必須克服堵塞、內(nèi)部腐蝕和穩(wěn)定性問題。即便空氣電池能夠順利地演變?yōu)橐环N可行產(chǎn)品，納拉延認(rèn)為，在今后，電池技術(shù)將不再是“通用型”。“例如，對于電網(wǎng)存儲來說，它或許不是什么好技術(shù)。尤其是有尺寸要求的行業(yè)，我們或許很快將看到多種多樣的電池類型。”
當(dāng)前我們能做些什么：降低價格
凱特林大學(xué)(Kettering University)的凱文˙白和周軒(音譯)在實驗室中從事電池行業(yè)研究，但他們的談吐更像是買車人而不是實驗室的書呆子。周軒表示，現(xiàn)今的混合動力車存在多方面的優(yōu)缺點。
周軒說：“目前，混合動力的售價是每千瓦時500-600美元，但合理的價格應(yīng)該是200美元。而且冷卻系統(tǒng)的價格跟電池的價格是差不多的。如果汽車需要6,000美元的電池，那么就需要6,000美元的冷卻系統(tǒng)。”此外，凱文˙白指出，這類電池的體積蠶食了本應(yīng)屬于后備箱或乘坐的空間。兩位科學(xué)家也認(rèn)為，電動汽車不應(yīng)給人們帶來沉重的財務(wù)負(fù)擔(dān)。
但是誰也不知道，哪些現(xiàn)有材料才能構(gòu)造出最安全、發(fā)熱量最低和重量最輕的電池混合材料，而且其價格要比現(xiàn)有的產(chǎn)品便宜。
現(xiàn)今在助聽領(lǐng)域使用的鋅-空氣電池重新激起了人們的興趣，而且尤為重要的一點在于，鋅很容易獲取。鈉-空氣電池也是一樣，成本更低，而且組裝起來更容易，只是潛在功率趕不上鋰-空氣電池。人們還嘗試過用硅來取代石墨和固體碳，但是硅并不便宜。或者，我們可以只專注于改善實驗室和摩托車使用的鋰-鐵電池的成本和性能。
凱文˙白表示，建造更大規(guī)模的電池廠、開發(fā)更好的電池管理工具以及更加智能的充電電網(wǎng)在很多方面要比等待一兩項新化合物獲得成功更為實在。
凱文˙白說：“我們實際上離使用全新電池的交通工具還很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)。只有在新材料經(jīng)過10年的測試之后，汽車行業(yè)才能放心使用新材料。”他表示，人們至少要等到2020年才能看見使用鋅-空氣電池的四輪車輛，然后，人們需要更長的時間才能看到這一電池技術(shù)的成熟。
未來我們能做什么：納米工程材料
德克薩斯農(nóng)工大學(xué)(A&M University)教授、美國機(jī)械工程師協(xié)會(American Society of Mechanical Engineers)能源和可持續(xù)性納米工程小組成員帕沙˙穆克荷吉表示，現(xiàn)在還沒到放棄鋰離子電池的時候。我們可能仍會用它，但它將與我們在實驗室中獲得新能力的材料混合使用。
納米工程師可能會對電池材料的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，以加速電池單元電壓的產(chǎn)生速度，并提升其轉(zhuǎn)換效率。電解質(zhì)攜帶鋰離子的方式可能會發(fā)生改變，以杜絕“交通擁堵現(xiàn)象”，并縮短充電時間。人們可能會設(shè)計出更薄、更強(qiáng)大但伸縮依然自如的電池膜，這樣，即便電池受熱膨脹，也不會爆漿。或者一心一意開發(fā)能夠比碳、空氣或任何已知材料吸附更多鋰離子的材料。
穆克荷吉說：“我們需要詢問的最根本的問題在于，‘是否可以從頭再來?’。這就是必須解決的中尺度模型。我們是否能增加材料的寬容度，以滿足我們對于電池的訴求?”
與此同時：著眼于長遠(yuǎn)
一年前，伊利諾伊理工大學(xué)的塞格雷從美國能源部獲得了340萬美元的獎金，用于開發(fā)汽車用“流體電池”。流體電池將其活性化合物儲存在外部儲罐中，然后流經(jīng)電池結(jié)構(gòu)內(nèi)部。塞格雷的工作專注于開發(fā)具有足夠活性和能量的液體介質(zhì)，以抵消液體的重量劣勢。
流體電池或許可以應(yīng)用于汽車和電網(wǎng)，但卻無法適用于手機(jī)或筆記本。與其他的研究人員一樣，塞格雷深知，這將是一個漫長的實驗過程，除非研究人員能夠在偶然間發(fā)現(xiàn)幾種能用于電池的不同材料組合。與此同時，“對于大多數(shù)人來說，這是一件尤為痛苦的事情，因為幾年過后，電量沒了，容量也下降了，然而電池供電的電子產(chǎn)品卻在不斷前進(jìn)。”
過去幾十年中，我們一直生活在摩爾定律(Moore's Law)當(dāng)中。根據(jù)該定律，處理器中的晶體管數(shù)量每兩年會翻一番，而這也說明了技術(shù)進(jìn)步的穩(wěn)定性。我們目前所面臨的局勢是，晶體管尺寸已接近原子水平，芯片無法容納更多的處理器，而且我們對設(shè)備中一成不變的電池感到不滿。
換句話來說，物理中是沒有應(yīng)用程序的。金門大學(xué)(Golden Gate University)市場營銷教授米蓋爾˙安˙斯特拉赫維茨表示，這對于深諳技術(shù)的消費者來說可能有點難以接受，因為他們已經(jīng)習(xí)慣了電子設(shè)備每一部件都會定期改良。
斯特拉赫維茨說：“適應(yīng)升級很容易，得到的升級越多，對進(jìn)一步升級的期望也就越大。在這個電子產(chǎn)品越來越好，性能越來越高的世界中，我們覺得這是我們應(yīng)享有的權(quán)利。我們會問，‘為什么電池不能變得更好呢?’”
石墨烯/鋁空氣電池炒作 中國經(jīng)濟(jì)玩不起?
從納米材料到稀土材料，從氫燃料電池到鋁空氣電池，從三元鋰到石墨烯，諸如此類的高科技、新概念名詞，往往帶著看似風(fēng)光無限的前景，從大洋彼岸席卷而來。盡管這些新產(chǎn)品也許只是存在于某個實驗室的原始模型或初級產(chǎn)品，盡管這些新概念可能只是存在于科技雜志的一篇創(chuàng)新論文或前瞻性報道，盡管不少新技術(shù)目前距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化開發(fā)尚有不小的距離，但是并不妨礙它們成為炒作熱點。
資本不會放過任何可能獲利的機(jī)會，這些熱炒的科技名詞一次次讓資本市場興奮，相關(guān)概念股票動輒以連續(xù)漲停板作為回應(yīng)。也許，不少人還不完全清楚這些科技名詞的真正含義，但是一樣可以在資本市場賺個盆滿缽滿。
如今，這種科技概念的炒作，大有愈演愈烈之勢，其范圍也逐漸從資本市場向?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)移。諸如光伏、稀土、石墨、鋰電等，一時間，山雨欲來風(fēng)滿樓。不少業(yè)內(nèi)企業(yè)摩拳擦掌，也想在這場科技盛宴中分一杯羹。
對于資本市場的炒作，不論是炒家別有用心、利用消息，還是散戶趨之若鶩、趁勢跟進(jìn)，或者企業(yè)放煙霧彈、一博眼球，都是資本逐利的本性使然。但是，當(dāng)這種炒概念的游戲開始向?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)移時，卻不得不引起我們的重視。
筆者所言并非危言聳聽。事實上，諸如新能源、低碳產(chǎn)業(yè)、環(huán)保產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域，不少企業(yè)動輒冠以高科技之名，搞的卻是低水平重復(fù)建設(shè)，甚至是空手套白狼，僅僅是利用科技概念撈一把，以實現(xiàn)跑馬圈地、關(guān)聯(lián)交易、投機(jī)獲利的目的。高科技的光環(huán)，讓這些項目和企業(yè)成為地方政府的政績，也讓他們獲得了大量的優(yōu)惠政策和便利條件。有些地方政府一聽上馬的是高科技項目，大筆一揮，大批資源、土地、投資如數(shù)奉上，本想和企業(yè)一起名利雙收，但是結(jié)果卻往往并不盡如人意。
當(dāng)潮水退去，才能知道誰在裸泳。科技概念、新興產(chǎn)業(yè)不一定就是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的動力。君不見，我國曾經(jīng)遍地上馬光伏項目，最終卻尸橫遍野，大到無錫尚德，也難逃破產(chǎn)清算命運(yùn);而上游不少有機(jī)硅加工企業(yè)，更是無視環(huán)保法規(guī)，生產(chǎn)場地漫天煙霧，不少工人因此罹患塵肺病。君不見，我國大批企業(yè)投身稀土材料開發(fā)產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)的高端產(chǎn)品屈指可數(shù)，有人打著高科技旗號，干的卻是亂采濫挖、低價出口的勾當(dāng)。君不見，部分地區(qū)大力發(fā)展石墨產(chǎn)業(yè)，美其名曰資源高效利用，最終卻把污染留在了當(dāng)?shù)亍７泊朔N種，不勝枚舉。
究其原因，這些企業(yè)一沒有過硬的核心技術(shù)，二沒有對市場進(jìn)行充分的研判，三沒有科學(xué)的項目規(guī)劃，僅僅靠炒高科技概念，無法實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，最終只能關(guān)門大吉或者茍延殘喘，留下爛攤子交給地方政府收拾。
無數(shù)事實告訴我們，實體經(jīng)濟(jì)不是資本游戲，科技創(chuàng)新容不得半點虛假。企業(yè)上新項目、新技術(shù)時，不能跟風(fēng)炒作，也不能人云亦云，要對產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景進(jìn)行冷靜的思考和分析。地方政府和有關(guān)部門在項目審批時，也要本著審慎的態(tài)度充分進(jìn)行可行性研究，更不能為了圖一時之快，趕鴨子上架。此外，新聞媒體也要本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，客觀準(zhǔn)確報道相關(guān)的消息來源和新聞背景，不給別有用心之人斷章取義提供可乘之機(jī)。
