年初比亞迪對(duì)外公開(kāi)透露的“刀片電池”，現(xiàn)在終于靴子落地。3月29日，比亞迪刀片電池發(fā)布會(huì)舉行，預(yù)計(jì)6月份正式上市。
作為新一代的磷酸鐵鋰技術(shù)路線的刀片電池被視為顛覆風(fēng)頭正勁的三元鋰電池的殺手锏創(chuàng)新。刀片電池帶來(lái)的技術(shù)突破和成本下降，也將會(huì)倒逼三元鋰電池產(chǎn)品的整體價(jià)格下降。動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的洗牌無(wú)可避免，但對(duì)于新能源汽車購(gòu)買(mǎi)人群，則一定是一個(gè)利好消息。
年初的CES2020展上，IBM放出一則“海水造電池”的技術(shù)成果的新聞，則又給這場(chǎng)風(fēng)云詭譎的產(chǎn)業(yè)變革大戲，加入了一點(diǎn)“攪局”的意味。
可能因?yàn)闆](méi)有實(shí)物展示，IBM只是宣布了要和奔馳汽車母公司一起繼續(xù)研發(fā)，因而沒(méi)有引起業(yè)內(nèi)過(guò)多的關(guān)注。
然而仔細(xì)去看，很多細(xì)節(jié)仍然值得品味，包括從海水礦物質(zhì)里提煉出的三種“新材料”、幾乎完美超越鋰電池的所有性能，以及使用了AI算法和量子計(jì)算進(jìn)行研發(fā)……
這讓我們不禁要問(wèn)：海水電池，難道就要成為下一輪新能源電池“天選之子”了？
不得不承認(rèn)，海水電池，你已經(jīng)成功引起了我們的注意。
鋰電池，確實(shí)沒(méi)有看上去那么美好
聊海水電池之前，我們先得重新認(rèn)識(shí)下鋰電池，這個(gè)熟悉的陌生“朋友”。
不知你是否意識(shí)到，小到我們的智能手機(jī)、電腦、平板，大到電動(dòng)腳踏車、電動(dòng)汽車，幾乎但凡可以充電的玩具、電子設(shè)備，都在使用鋰電池進(jìn)行續(xù)航?？梢哉f(shuō)，鋰電池已經(jīng)成為我們生活須臾不可離開(kāi)的生活元素了。
不過(guò)，你有沒(méi)有想過(guò)這些問(wèn)題。這些鋰金屬材料從哪里來(lái)？鋰電池對(duì)環(huán)境有沒(méi)有影響？這些電子產(chǎn)品用完后，鋰電池怎么處理？
相較于化學(xué)燃料，鋰電池正被視作一種清潔能源的成熟技術(shù)應(yīng)用，尤其是對(duì)于我國(guó)這樣的嚴(yán)重依賴煤炭、石油的能源消耗大國(guó)。
但其實(shí)這里仍然存在一大問(wèn)題。鋰電池本身只是一種儲(chǔ)能技術(shù)，它所儲(chǔ)存的電力仍然來(lái)自現(xiàn)有電網(wǎng)。如果發(fā)電廠的電力源頭不是來(lái)自清潔能源（水電、風(fēng)能、核能等），而依然是火電的話，其實(shí)也只是換了一種排放形式。不過(guò)，對(duì)于取代戰(zhàn)略性能源的石油（及其煉化的燃油），在新能源汽車的動(dòng)力電池上面，鋰電池則是功不可沒(méi)的。
那么，鋰電池材料本身的來(lái)源符合“清潔能源”的本義么？恐怕不行。
目前全球主要的鋰金屬原材料都是通過(guò)鹽堿地下，從富含鎂和鉀的鹽水中提煉鋰。在南美洲的安第斯高原（人間仙境烏尤尼鹽沼所在地）的厚厚鹽層下，儲(chǔ)藏著世界上超過(guò)一半的鋰金屬礦藏，這里也提供了全球一半的鋰產(chǎn)量。
而鋰鹽的過(guò)濾和提純，其實(shí)是需要大量的水資源的。對(duì)于極度干旱的南美高原來(lái)說(shuō)，鋰礦占用了大量的地下水資源。即使對(duì)于水資源相對(duì)充足的地區(qū)，含有有毒化學(xué)物質(zhì)的鋰礦的廢水也會(huì)重新滲透到生活用水系統(tǒng)當(dāng)中，影響地下水、農(nóng)業(yè)灌溉、人畜飲用水資源等。
對(duì)于鋰電池來(lái)說(shuō)，無(wú)論從儲(chǔ)量上，還是危害上，鋰都算不上厲害角色。能夠?qū)?dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生更大影響的是鎳和鈷，特別是鈷的環(huán)境成本非常巨大。一來(lái)這種金屬非常集中地蘊(yùn)藏在中非少數(shù)地區(qū)，壟斷成本導(dǎo)致價(jià)格飆升；二來(lái)，鈷的毒性極大，而當(dāng)?shù)芈浜蟮氖止ら_(kāi)采，對(duì)當(dāng)?shù)厝嗽斐蓸O大的傷害。
當(dāng)鋰電池在汽車以及電子設(shè)備中壽終正寢之后，難以再二次利用。絕大多數(shù)的鋰電池都將以垃圾填埋，這些金屬元素將重新回到自然環(huán)境當(dāng)中，對(duì)我們的生存環(huán)境構(gòu)成長(zhǎng)期威脅。
我們即使對(duì)于鋰金屬以及鎳、鈷、錳等重金屬礦區(qū)的直接污染無(wú)動(dòng)于衷，那么鋰電池在未來(lái)對(duì)我們生活健康的長(zhǎng)期威脅則需要及早予以考慮了。
那么，如果有新的電池材料，替換掉包含鈷、錳、鎳重金屬的鋰電池，自然會(huì)成為一件造福人類的偉大技術(shù)進(jìn)步。
而這個(gè)技術(shù)進(jìn)步的使命會(huì)不會(huì)就落在“海水電池”身上呢？
從實(shí)驗(yàn)室走向商用：海水電池的落地難題
嚴(yán)格地說(shuō)，廣義上來(lái)說(shuō)的海水電池早在上世紀(jì)90年代就出現(xiàn)了。在自然環(huán)境下，沒(méi)有哪一種環(huán)境比海洋環(huán)境，也就是海水，可以作為更好的電解質(zhì)材料了。
含有3.5%左右NaCl的海水鹽溶液，其電導(dǎo)性是滿足電池電解質(zhì)的基本要求的。那么，從優(yōu)勢(shì)上來(lái)說(shuō)，海水電池幾乎可以有著取之不竭的電解質(zhì)材料；反過(guò)來(lái)，這也成為一種限制條件，即海水電池更多只能使用在海洋環(huán)境當(dāng)中使用。
比如，小功率金屬腐蝕類海水電池，可以為小型海洋探測(cè)裝置提供電力支持。而大功率的動(dòng)力海水電池，可以為水下武器裝備（比如魚(yú)雷）提供動(dòng)力。
這類海水電池本身是作為發(fā)電設(shè)備使用，而能夠離開(kāi)海洋環(huán)境，兼具儲(chǔ)能和發(fā)電作用的海水電池顯然更有廣闊商業(yè)價(jià)值。
2009年，帶有儲(chǔ)能作用的海水電池發(fā)明。AHI電池是由美國(guó)一家電池和儲(chǔ)能系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商Aquion Energy發(fā)明。AHI電池由海水和儲(chǔ)量豐富的鈉和錳制成，由于不含重金屬和有毒化學(xué)物質(zhì)，非易燃、不易爆，因此被該公司稱作“海水電池”。這種電池造價(jià)低廉，大概只需要300美元/千瓦時(shí)，不到鋰離子電池使用成本的三分之一。
AHI電池在2015年左右一度投入批量生產(chǎn)，主要用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電領(lǐng)域的儲(chǔ)能。然而在2017年初，因?yàn)闊o(wú)法拿到新一輪融資，一度宣布破產(chǎn)。同年7月，Aquion再次恢復(fù)運(yùn)營(yíng)，目前正在嘗試與中國(guó)的一些電網(wǎng)建立合作。受自身成本問(wèn)題和鋰電池價(jià)格下降等外部制約，海水電池想要在競(jìng)爭(zhēng)激烈能源領(lǐng)域立足并非易事。
2017年，韓國(guó)蔚山國(guó)家科技研究所（UNIST）也在利用海水研發(fā)一種新型儲(chǔ)能電池，這一海水電池將使用鈉來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)能和發(fā)電，因此與鋰電池相比，成本上更具優(yōu)勢(shì)。當(dāng)時(shí)計(jì)劃在2018年建成一個(gè)10Wh的海水電池組。不過(guò)從目前的進(jìn)度來(lái)看，韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)的這種通過(guò)Na離子作為負(fù)極材料的新電池能源儲(chǔ)存系統(tǒng)(ESS)仍然測(cè)試當(dāng)中，離真正商用還有一段距離。
那么，IBM最新宣布的最新海水電池技術(shù)，目前是什么情況呢？
首先IBM表示，新電池的制造材料是由三種從未被記錄的三種專有材料組成，而且都可以從海水中提取，且不含有重金屬材料。但可能出于技術(shù)保密考慮，IBM并未透露三種材料的成分。
其次是新電池的突出性能就是充電速度快。據(jù)稱可以在5分鐘內(nèi)完成80%的充電量。如果測(cè)試數(shù)據(jù)屬實(shí)，可以極大緩解動(dòng)力電池充電等待時(shí)長(zhǎng)的焦慮。
此外，因?yàn)椴缓?、鎳等重金屬，使得活性正極成本大幅降低；在功率密度和能源效率等方面，都優(yōu)于目前的鋰離子電池；電解液的不易燃，也將提高動(dòng)力電池的安全性。
從這些特點(diǎn)來(lái)看，IBM的動(dòng)力電池簡(jiǎn)直可以成為現(xiàn)有鋰電池為主的新能源汽車動(dòng)力電池完美替代方案。
同時(shí)，IBM研究院也宣布了與梅賽德斯-奔馳北美研發(fā)部、電池電解質(zhì)供應(yīng)商Central Glass及電池生產(chǎn)商Sidus的合作，計(jì)劃共同推出新一代動(dòng)力電池的量產(chǎn)。
那么，我們也不禁想知道IBM可能跨越這個(gè)“從實(shí)驗(yàn)室到商用量產(chǎn)”的魔咒，成為那匹“攪動(dòng)”鋰電池產(chǎn)業(yè)的跨界黑馬么？
“攪局”鋰電池，海水電池的商業(yè)化有待驗(yàn)證
想回答這個(gè)問(wèn)題，似乎并不容易。
從IBM官方透露的信息來(lái)看，新材料的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新離不開(kāi)AI技術(shù)的應(yīng)用。通過(guò)語(yǔ)義富集AI技術(shù)，從塑料回收到半導(dǎo)體制造等眾多應(yīng)用領(lǐng)域的催化專業(yè)知識(shí)的分析，結(jié)合材料學(xué)、分子化學(xué)、電氣工程、先進(jìn)電池試驗(yàn)設(shè)備等技術(shù)，才完成了這一底層材料的發(fā)現(xiàn)。
在解決電池的容量和充電速度等電動(dòng)汽車的問(wèn)題上，IBM與戴姆勒股份公司合作，視同從在量子計(jì)算方面取得新的突破。
這似乎意味著尖端技術(shù)和跨學(xué)科知識(shí)在新材料的發(fā)現(xiàn)上起到了重要作用。但從這些更具“公關(guān)”色彩的表述中，實(shí)在難以讓人看到IBM海水電池的新材料上面到底具有哪些核心技術(shù)。
顯而易見(jiàn)的科學(xué)常識(shí)就是，我們都知道海水的主要成分就是NaCL，其中Na以離子形式存在，此外還有K+，Ca2+，Mg2+和Sr2+四種元素。再加上Cl-、F-、Br-、HCO3-等陰離子，共同構(gòu)成了海水鹽分99.9%的總量。
那么，顯然，IBM宣稱的不含重金屬元素的海水電池，大概率離不開(kāi)鈉、鉀、鎂這三種元素。如果真的如IBM所言，是三種之前電池解決方案都未使用過(guò)的成分，那么大概率可能在故弄玄虛，以保密方式保持研發(fā)優(yōu)勢(shì)。如果已經(jīng)是非常成熟的新材料技術(shù)完全可以通過(guò)申請(qǐng)專利的方式來(lái)保護(hù)自己的技術(shù)所有權(quán)。
據(jù)官方透露，IBM計(jì)劃和合作伙伴在一年時(shí)間，就將推出這塊海水電池用于電動(dòng)汽車上的商用版本。這仍然難以令人相信。畢竟受制于工藝流程、材料提煉和制造成本等多方面因素限制，在從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)車間的過(guò)程中，很容易出現(xiàn)紕漏。
好在一年時(shí)間很短，我們可以期待下在CES2021上能否見(jiàn)到這塊可以商用的海水電池。屆時(shí)就會(huì)知道IBM是否真得拿到了新能源動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的新門(mén)票。
盡管海水電池技術(shù)展示出優(yōu)越于鋰電池的卓越性能，但我們也不會(huì)輕易得出“海水電池會(huì)很快大規(guī)模取代鋰電池”的樂(lè)觀判斷。
首先就是鋰電池本身的產(chǎn)業(yè)成熟度，以及近來(lái)在電池性能穩(wěn)定性和成本控制上的突破，使得鋰電池仍然將在未來(lái)數(shù)年內(nèi)成為新能源汽車市場(chǎng)的主流解決方案。
另外就是海水電池本身，在新材料的提取、規(guī)模化的生產(chǎn)上，是否有著難以解決的成本問(wèn)題跟耗能問(wèn)題，仍然具有非常大的不確定性。
更易得且成本更低的電池材料、去處有害重金屬的技術(shù)方案以及更高的能效，這成為海水電池帶給我們的近乎完美的新能源解決方案。
但這一方案出現(xiàn)得有些太過(guò)“容易”，以致于不太符合“常識(shí)”。我們并不懷疑IBM所具有的技術(shù)實(shí)力和創(chuàng)新能力。我們只是想指出，一項(xiàng)新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)測(cè)試，到真正進(jìn)入生產(chǎn)線量產(chǎn)，是一件非常復(fù)雜的流程，從材料提煉制備，到生產(chǎn)工藝流程控制再到安全驗(yàn)證，整個(gè)過(guò)程都要解決制造成本和質(zhì)量安全問(wèn)題。
希望準(zhǔn)備跨界入局海水電池的IBM正在做好準(zhǔn)備。
