【鋰電知識】電池人的倔強(qiáng)：一個堅信鋁空氣電池能拯救世界的英國工程師

　　或許鋰離子電池大家都很熟悉，被廣泛的應(yīng)用于各種鋰電產(chǎn)品中，但是你知道鋁空氣電池嗎？本文講述的是：一名英國工程師從上個世紀(jì)延續(xù)至今的對鋁空氣電池的熱愛。

　　幾十年前，特雷弗•杰克遜(Trevor Jackson)，英國的一名年輕海軍工程師對潛艇中運(yùn)行的電池產(chǎn)生了興趣。在當(dāng)時幾乎沒人知道，21世紀(jì)，電池將成為科技領(lǐng)域最大的行業(yè)之一。伴隨著對電池的好奇心，在大約20年前的時候，他決定追尋那個在海浪下誕生多年的夢想。

　　杰克遜忠于研究，他對鋰電池很感興趣，鋰電池如今已經(jīng)成為電池行業(yè)的主導(dǎo)，但更加讓他著迷的是對鋁空氣電池的研究。

特雷弗•杰克遜

杰克遜如何走上鋁空氣電池之路？

　　杰克遜喜愛冒險，在獲得了工程學(xué)學(xué)位后，他來到勞斯萊斯(rolls Royce)從事修理反應(yīng)堆的工作，又通過不列顛尼亞皇家海軍學(xué)院(Britannia Royal Naval College)回到了海上。冷戰(zhàn)結(jié)束后，杰克遜回到工業(yè)界，在格拉斯哥的英國航空航天公司（BAe）從事潛艇系統(tǒng)的工作，由此他開始對電池產(chǎn)生興趣。

　　1999年，在加州氫燃料電池公司發(fā)展鼎盛之際，他離開英國航空航天公司，創(chuàng)辦了自己的燃料電池公司。通過研究其他技術(shù)，他發(fā)現(xiàn)了金屬空氣電池，技術(shù)上稱其為“(鋁)/空氣”電池，鋁空氣電池系統(tǒng)可以產(chǎn)生足夠的能量和動力，可用于提高行駛里程和加速，能量類似于燃油汽車系統(tǒng)所提供的。

　　其實多年來，一些被稱為“金屬空氣”的電池已經(jīng)成功地應(yīng)用于離網(wǎng)系統(tǒng)，這類電池中最吸引人的金屬是鋁，因為它是地球上最常見的金屬，也是能量密度最高的金屬之一。鋁空氣電池產(chǎn)生的唯一的廢物是氫氧化鋁，但它可以作為原料被返回冶煉廠以制造更多的鋁。因此，這種循環(huán)與石油工業(yè)是分離的，是高度可持續(xù)的，甚至可以通過回收鋁罐來制造電池。

　　想象一下——一個與高污染石油工業(yè)分離的能源是多么卓越。

為何鋁空氣電池?zé)o法應(yīng)用于主流？

　　杰克遜著迷于他的鋁空氣電池研究，他租了一間實驗室，又回到了開發(fā)工程師的崗位，他不停地思考、制作、測試和調(diào)整。但同時杰克遜也發(fā)現(xiàn)了一個問題：幾乎沒有人在主流應(yīng)用中使用鋁空氣電池，為什么?

　　最重要的原因是電解質(zhì)。電解質(zhì)是電池內(nèi)部的一種化學(xué)介質(zhì)，它允許電荷在陰極和陽極之間流動。但當(dāng)鋁空氣電池開始運(yùn)行時，化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生一種“凝膠”，這種副產(chǎn)品會逐漸阻塞進(jìn)入電池的氣道，破壞鋁空氣電池的效率，對于研究人員來說這是一個棘手的問題。

　　經(jīng)過大量的實驗，2001年，杰克遜開發(fā)了一種他認(rèn)為的革命性的鋁空氣電池電解質(zhì)，這種電解質(zhì)有可能消除阻礙其商業(yè)化的問題。他認(rèn)為，有了這種電解質(zhì)“一切都很穩(wěn)定，氫氣和凝膠幾乎都消失了，電力要好得多。”

鐘情于鋰離子電池的英國政府

　　對杰克遜來說，這一突破如果得到證實是具有巨大潛力的，他研發(fā)的電池的能量密度大約是鋰離子電池的8倍，這讓他興奮得難以自制，他認(rèn)為他需要將這一研究成果告知英國政府的政客們。

　　但，理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感。盡管在2001年杰克遜向一名勛爵詳細(xì)展示了該電池的工作原理，隨后又收到了電子郵件承諾會轉(zhuǎn)告給英國首相布萊爾，但英國政府對此毫無興趣，當(dāng)時英國政府的官方創(chuàng)新機(jī)構(gòu)innovation UK重視的是鋰電池技術(shù)，而不是鋁空氣電池。

英國前首相布萊爾

　　杰克遜試圖說服公眾并希望一些投資者支持他，但被稱為“鋰電池游說團(tuán)”的機(jī)構(gòu)控制了該行業(yè)，他們對鋰電池的重視超過了其他任何技術(shù)。杰克遜認(rèn)為這也意味著英國政府實際上把一項可能會徹底改變電力儲能，甚至有助于對抗碳排放，推動英國朝著減少污染的電池技術(shù)放棄了。

反轉(zhuǎn)又反轉(zhuǎn)

　　杰克遜對英國政府感到很失望，2005年，他將自己的研發(fā)中心搬到了法國。

　　功夫不負(fù)有心人。終于在2007年，法國南特理工學(xué)院確認(rèn)了杰克遜鋁空氣電池發(fā)明的潛力。與鋰離子電池相比，它的優(yōu)點(diǎn)是(現(xiàn)在仍然是)提高了電池電壓，使用的僅是普通的鋁，幾乎不會產(chǎn)生污染，而且有穩(wěn)定、長時間的電力輸出。

　　基于這樣的優(yōu)勢，2007年，法國政府正式認(rèn)可該技術(shù)為“戰(zhàn)略性的，符合法國國家利益的”。

　　這時戲劇性的一幕上演了，正應(yīng)了那句“珍惜眼前人”，英國外交部幡然醒悟，注意到了杰克遜給鋁空氣電池帶來的巨變，他們向杰克遜承諾，如果這項技術(shù)被“返送”回英國，英國電信公司將為推出這項技術(shù)付出“300%”的努力。

　　這樣一番豪言不久又被“打臉”。2009年，英國電信公司的技術(shù)戰(zhàn)略委員會拒絕支持這項技術(shù)，理由是汽車委員會的技術(shù)路線圖“排除了這種類型的電池”，杰克遜的研發(fā)再次在英國被放棄。

　　但與此同時，其他國家的政府對探索金屬空氣電池的熱情持續(xù)高漲。列如，

　　以色列政府直接投資了Phinergy——一家致力于類似鋁空氣技術(shù)的創(chuàng)業(yè)公司；

　　俄羅斯鋁業(yè)公司(RUSAL)開發(fā)了一種不含二氧化碳的冶煉工藝，這意味著理論上，他們可以用這種不含二氧化碳的工藝制造鋁空氣電池。

始終鐘情于鋁空氣電池的杰克遜

　　兩次被英國政府拒絕的杰克遜試圖告訴他們所犯的錯誤。他在英國議會商業(yè)能源和工業(yè)戰(zhàn)略特別委員會(Select Committee for business-energy and industrial strategy)發(fā)言時，描述了英國是如何偏愛鋰離子技術(shù)，甚至為鋰離子研究提供了高達(dá)數(shù)十億英鎊的資金。在2017年，英國首相特蕾莎·梅(Theresa May)也進(jìn)一步支持鋰離子電池行業(yè)。

　　杰克遜仍然沒有放棄，他申請了英國大學(xué)的國防科學(xué)與技術(shù)實驗室（DSTL）。但在2017年，他被以“沒有資金”駁回了，但DSTL在南安普頓大學(xué)(Southampton University)有一個自己的鋁空氣技術(shù)項目，他們致力于尋找更好的電解質(zhì)。

　　杰克遜又將目標(biāo)轉(zhuǎn)向汽車工業(yè)。2013年，他成立了自己的公司MAL(品牌為“Metalectrique”)，并利用種子基金在其位于英國塔維斯托克(Tavistock)的實驗室設(shè)施中成功地測試了一種長期的電池組設(shè)計。

　　杰克遜與蓮花工程公司密切合作，為日產(chǎn)Leaf和馬欣德拉Reva“G-Wiz”型電動汽車設(shè)計和開發(fā)遠(yuǎn)程替代電源包。當(dāng)時，日產(chǎn)對這一“Beyond Lithium Technology”（超越鋰技術(shù)）表現(xiàn)出了濃厚的興趣，但遺憾的是他們已經(jīng)承諾要將鋰電池安裝到Leaf上。杰克遜沒有氣餒，他繼續(xù)生產(chǎn)全尺寸的電池進(jìn)行測試，并證明鋁空氣技術(shù)優(yōu)于任何其他現(xiàn)有技術(shù)。

　　在測試中，杰克遜的鋁空氣動力技術(shù)可以呈現(xiàn)出1500英里的電池續(xù)航里程和90秒的交換系統(tǒng)。這樣做的好處顯而易見:對司機(jī)來說很劃算，每英里要花0.08英鎊；安全無二氧化碳;可回收和可二次利用；電池的成本很低：每千瓦時只需60英鎊。

　　但對鋰離子電池的持續(xù)重視阻礙了金屬空氣電池等新途徑的開發(fā)。事實上，鋰電池現(xiàn)在也面臨著相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，與鋁不同，國外認(rèn)為，鋰電池的供應(yīng)沒有保障，尤其是在中國囊括了全球大部分稀土儲存庫的時代。

　　其實，鋁空氣技術(shù)的優(yōu)勢和劣勢也是共存的。首先，無需給電池充電，汽車只需在幾秒鐘內(nèi)更換電池，就可以完全消除“充電時間”，目前大多數(shù)充電站的額定功率為50 kW，大約是鋰電池充電5分鐘所需電量的百分之一。但與此同時，氫燃料電池也需要一個龐大且昂貴的氫基礎(chǔ)設(shè)施和一個新的氫發(fā)電系統(tǒng)。

　　去年5月，杰克遜終于開始得到英國政府的認(rèn)可。作為技術(shù)開發(fā)加速計劃(TDAP)的一部分，英國先進(jìn)推進(jìn)中心將杰克遜MAL公司的電池納入了對15家英國初創(chuàng)企業(yè)的投資之中。但事情往往沒有那么簡單，這15家公司不得不分享區(qū)區(qū)110萬英鎊的資金，因此杰克遜還在為籌集資金奔走。

　　不論如何，杰克遜一直在推動鋁空氣電池，并向全世界傳播鋁空氣電池拯救地球的潛力。堅持了20年，雖然風(fēng)頭一直被鋰電池打壓，但他始終致力于推動鋁空氣電池，或許常人難以理解，但杰克遜在電池行業(yè)所花費(fèi)的精力和心血是所有電池人值得學(xué)習(xí)的。

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