前幾天，一篇名為《我國電動汽車要彎道超車BMS(電池管理系統)必須攻克》的文章，本人認為其觀點值得商榷。因為沒有高性能的電池，BMS再先進也無用，并且電動汽車可采用多種電池、多種儲能系統，各種系統不同，要不同的BMS，不可能一種BMS包打天下。目前影響電動汽車的安全性、續航里程、充電速度以及制造成本的關鍵因素都是電池，電池才是電動汽車的瓶頸!

十月二十二日在京召開的全國節能和新能源汽車產業發展推進工作座談會上，國務院副總理馬凱指出從供給和需求兩方面發力，加快動力鋰電池革命性突破，要抓住動力鋰電池這個核心，明確近期發展路線，實行鋰電升級工程，推動電池技術早日實現革命性突破。大家都在呼喚超級電池在哪里？假如因為電池基本上是材料科學，屬于基礎研究領域，從實驗室到商業化路途漫長，而急功近利放棄電池的研究，我國的電動汽車永遠不可能實現彎道超車。

國外在電池技術方面比我國領先，是指目前的鋰電池。在新一代超級電池方面，國外也還在探索。有關《超級電池在哪里？》一文，文中說的五大電池技術商業前景可期，這是真的嗎？為此作了一些調查。

1、有關蔣業明的半固態鋰液流電池和nanoFLOWCELL的液流電池

《要做超級電池的，不僅僅是TSLA，還有華人蔣業明》一文中提到，蔣業明在麻省理工(MIT)的平臺上和風投資本合作，先后創辦了4家初創公司，其中最近的一家就是做電池的24M。最初，蔣業明提出的解決方法是液流電池。

液流電池系統中通常包含兩個容器，其中儲存著液體化學溶劑，形成兩個次系統。這兩個次系統間的連接部分為發電區，以一個薄膜隔開。這兩種化學溶劑，從它們所在容器流動到發電區，隔著薄膜出現離子交換，進行放電或儲電。新增鋰電池的容量有兩條路：一是新增電池芯數量，二是新增能量密度。新增電池芯數量的話，鎳和鈷等金屬的消耗將同比例新增，邊際成本很高。而要新增液流電池的容量只需連接更大的液體倉，成本很低。缺點就是體積太大，因為液流電池的能量密度遠遠低于鋰電池。

蔣業明想為何不用鋰電池的化學成分來造液流電池呢？這種結合的產物將擁有比液流電池更小的體積，比鋰電池更低的生產成本。于是他把這個課題交給了一位本科生MihaiDuduta，僅僅一個月后，Duhata拿出了第一個工作原型。如此驚人的速度讓所有人吃了一驚，蔣業明隨即向投資人展示了原型，并獲得了1250萬美元的投資。有了彈藥，24M開工了。只是，畫面太美，世界把24M當成了挑戰風車的唐吉坷德。新概念走向死胡同!

24M的一個小實驗吸引了他們的注意力。蔣業明要求團隊生產一些鋰離子靜態電池作為對照，結果非常令人意外。他們用液流電池的泥漿制作了一些靜態電池，并對它們進行數百次的充放電，電池容量竟然驚人地穩定。這一現象讓一些年輕的員工，包括立下汗馬功勞的Duduta，對液流電池出現了懷疑。這些年輕人不像蔣業明那樣癡迷于液流電池，他們開始認為靜態的電池才是正確的出路。

24M液流電池的成敗，取決于能否找到合適的儲液罐尺寸，來使液流電池的生產成本降到靜態電池(staticbattery)之下。而直至2010年末，團隊仍然沒有找到這個盈虧平衡點。兩派觀點各執一詞，蔣業明不認為平衡點是個問題，而他多年的合作伙伴CraigCarter卻堅持要找到這個平衡點。Carter招來一個小伙子JeffDisko，以不找到不罷休的精神，開始死磕各項參數。接下來的兩周時間里，Disko加班加點對數據進行整理，Carter則做了個軟件，用于對電池參數進行可視化展示。兩周后，他們終于找到了那個平衡點。結果是，要和化石能源競爭，鋰離子液流電池將要一個巨大的液流倉。要多大？大概相當于一座核電廠那么大。這樣的結果，不但Carter和Disko不敢相信，關于整個團隊來說都是難以接受的。他們反復對數據進行核對，不可能的答案反復呈現。于是2011年初的一次會議上他們向團隊展示了研究結果：除非是要為一座城市供能，否則還是用靜態電池比較劃算。

和許多初創公司相同，當初靈機一動的點子都會死在商業化的道路上。開完會兩天后，蔣業明宣布放棄液流電池，公司將研發一種靜態電池，24M把做過的事情歸零。

列支敦士登的nanoFLOWCELL的液流電池，也存在在蔣業明的液流電池相同的問題體積過大。在電動汽車上，不是將原型車中200升體積的電池倉，擴充至800升就可續航1000公里這么簡單。

2、有關固態電池《三種改變世界的電池技術》中介紹了Sakti3的固態電池，固態電池擁有多種類型，但它們的共同之處是放棄了鋰電池當中可燃性很高的液態電解質，轉而使用了其他材料通常是金屬混合物來在電極之間傳導電子和出現電能。由于內部不含液體，固態電池也就沒有必要被加入絕緣層和其他安全措施，因此這種電池的體積和重量相比鋰電池有所降低，同時適應能力更強。關于電動汽車廠商來說，這些都是頗具吸引力的優勢。

眾所周知，鋰電池的電解質只是鋰離子的導體，不能儲能。鋰電池的電解質也不會是金屬混合物，因金屬不可傳導離子。液態的電解質改變為固態電解質，如使用的電解質總量不變，也不可能提高電池的能量密度。僅僅是減少絕緣層和其他安全措施而降低的非儲能材料的重量是有限的，因而由此提高的能量密度也不會多。

Sakti3已經吸引到了來自知名公司的投資，比如通用汽車。QuantumScape也是一家固態電池技術公司，但他們的技術據傳和Sakti3較為類似。其實，采用高能存儲材料才是Sakti3電池的關鍵：有報導Sakti3棄用了傳統鋰電池中的可燃液體電解質，通過其高能存儲材料實現技術進步，使Sakti3研發的電池能量密度達到每升1000瓦時，這是目前普通鋰電池的兩倍。

從照片中可以看到，Sakti3超薄電池單體是長×寬約200×100mm2的矩形薄片，厚度約1mm，電池兩表面已制備有有金屬光澤的電極，估計為鋁箔。

Sakti3使用的高能存儲材料是什么材料，固體電解質是什么材料？眾所周知，目前已知的可用于電池的高能存儲材料只有鋰硫化合物和鋰硅化合物兩類。當電極箔表面分別制備鋰硫化合物膜和鋰硅化合物膜作正極和負極，采用能夠供鋰離子遷移的膜作電解質，即可成為單體電池。

目前國內外研究的鋰硫化合物和鋰硅化合物電池，都是按現有的電池結構制造，受制于活性層充放電膨脹脫落和負離子的流失，電池壽命短。國內外的研究者采取的解決方法，都不外乎是將存儲材料外包覆保護殼后制活性層，或是將活性層制備成多層三明治型。

作者在一發明中指出：作電解質供鋰離子遷移的膜，可采用導電聚合物陽離子膜。導電聚合物陽離子膜包覆于鋰硫化合物或鋰硅化合物膜表面，可成為防止負離子流失的保護膜，可解決電池的壽命問題。Sakti3單體電池的固態結構，有利于解決活性層充放電膨脹脫落的問題。將多個Sakti3單體電池并聯即可制備得高電壓的動力鋰電池。

Sakti3的優點在于：可采用現有的涂布設備制備單體電池，也可采用3D打印制備單體電池。Sakti3的不足在于：電池電極的面積小，鑒于鋰硫化合物和鋰硅化合物的電子導電性和離子遷移性差，于電極膜表面制備的儲能膜不能太厚，致儲能膜的實際體積小、活性材料的量少。若電極和電解質膜的質量在電池中占比過大，將影響電池的儲能密度。成功的關鍵在于采用重量極輕的電極箔和電解質膜，但更重要的還是如何新增儲能膜的厚度，看來Sakti3已成功地解決了此問題。我也對找到了解決這個問題的好辦法。

大眾汽車目前焦點重要聚集在將現有鋰電池升級版方法，以及固態電池技術兩個方向，雖然沒有提及具體的技術內容，估計大眾的固態電池應和Sakti3類似。

但是，還有一種固態電容器也可用于電動汽車作高密儲能器。《三種改變世界的電池技術》一文中提到：目前，美國能源部能源高級研究計劃局(ARPA-E)就正在測試兩個不同的固態電池項目，其一是鋰離子固態電池，另一個則完全不使用鋰。這一完全不使用鋰的固態電池作者估計就是固態電容器，因為非鋰材料的儲能密度小，難以成為電池的高能存儲材料。

眾所周知電容器比電池在安全性、使用壽命、充電速度和管理等方面更加有優勢。通用汽車矚目的固態電池，其實是一種高儲能密度的固態電容器。2008年通用汽車曾入股EEStor公司取得9.8%的股權。而EEStor研究的就是高儲能密度的固態電容器。國內有儲能權威和專業網站將EEStor電容器歸于超級電容器類，其實EEStor電容器采用高介電常數材料儲能，為標準的法拉第電容器，可按法拉第電容器原理設計。所謂超級電容器靠正負電極對壘儲能，為非法拉第電容器。

EEStor電容器能夠成為高儲能密度的電容器，是因其介電質膜的介電常數達19818，膜的電場強度達350V/μm，膜的厚度可保證電容器的工作電壓達3500V。按法拉第電容器原理即可計算出其儲能密度，EEStor號稱達280Wh/kg。中科院也對此類電容器進行了研究，所制備的介電質膜的介電常數比EEStor更高。但是至2009年后已無EEStor的新報道，有傳是奧巴馬下令將此技術列入了美國國家機密。

單體EEStor電容器的外形和Sakti3電池相類似，結構為兩電極間夾一薄層介電質層。因單體電容器的工作面積小，需將多個單體電容器并聯才能得到大儲能量，致制備復雜；另外，EEStor電容器設計于3500V電壓工作，用于電動汽車存在安全隱患。EEStor介電質膜的材料為560nm粒度的高介陶瓷粒，用4%聚脂粘結成膜，高介陶瓷粒是氧化鋁包覆的鈦酸鋇，對材料的純度要求達5個9，制備復雜。

本人研究了一種新型高介電常數材料，可制備介電常數高達105的膜。材料制備簡便、成本低，已申請發明專利。作者的一個專利還解決了制備大比表面積電容器的難題。因膜的介電常數遠高于EEStor介電膜，當采用作者研究的電極制備儲能密度高達400Wh/kg的電容器時，電容器工作電壓可小于100V，使電容器更適合于作電動汽車的動力儲能器。

總結

采用何種技術可大幅提升電池能量密度？即通常所問的超級電池在哪里？作者認為，液流電池可用于新能源發電和電網，但不宜用于電動汽車。能用于電動汽車的革命性突破的超級儲能器，只有采用高能儲存材料大電流工作儲能器，或可高電壓工作的儲能器。高能儲存材料鋰硫化合物和鋰硅化合物制備的固態電池，可稱為超級電池，而高能儲存材料中的高介電常數材料制備的高儲能密度固態電容器，因已有正負電極對壘的非法拉第電容器在先稱為超級電容器，我們只好將其稱為高密薄膜電容器，以資和傳統低密度儲能的薄膜電容器相差別；而高工作電壓的高儲密度能的超級電容器，則稱為高密超級電容器，以資和儲能密度小的超級電容器相差別。

因而作者提出制備超級電池的路線有三個方向：a.超級電池；b高密薄膜電容器；c.高密超級電容器。作者的相關研究成果已申請專利。因這三類超級儲能器和西班牙Graphenano公司和西班牙科爾瓦多大學合作研發的超級電池相同，圴使用了石墨烯，因而作者還專門研究了低成本、快速制備還原態石墨烯的技術和之配套，低成本、快速制備還原態石墨烯的技術也已申請專利。

我國的動力鋰電池革命性突破的路線圖在哪里？我國電動汽車百人會人材濟濟，資金雄厚，但沒見有人提出一個路線圖(也有可能已提出但保密不公開)。但是還有人懷凝西班牙的超級電池是否存在，一些權威還把提高電池儲能密度寄希望于現有的磷酸鐵鋰和三元鋰電池的改進。我國今年已有幾百億資金投入動力鋰電池擴產，一方面是因為動力鋰電池市場緊缺，但也是賭幾年內動力鋰電池革命性突破還不可能出現。

現在該是選定方向，集中人力、物力向動力鋰電池革命性突破發起進攻的時候了。再拖下去，我國電動汽車將會完全失去彎道超車的機會。