鉅大LARGE | 點擊量：346次 | 2023年01月03日
被提前發(fā)明了120年的電池
▲出現(xiàn)氫氣一度是愛迪生電池的一大危險之處，如今卻發(fā)揮了巨大用途。
據(jù)國外媒體報道，在19和20世紀之交時，托馬斯愛迪生發(fā)明了一款可以出現(xiàn)氫氣的電池。而在120年后的今天，這款電池終于獲得了人們的認可。
在美國新澤西州西奧蘭治的一條碎石路上，一輛電動汽車從行人身邊飛馳而過。車子寬敞的內部空間顯然令一些人驚詫不已。它的速度是當時傳統(tǒng)車型的兩倍，卷起的塵土高高揚起，使街上拉車的馬匹忍不住皺了皺鼻子。
以上場景發(fā)生在20世紀初，而這輛車的主人便是托馬斯愛迪生。雖然電動汽車在當時已不是什么新鮮事物，但大多數(shù)都依賴沉重、笨拙的鉛酸電池。愛迪生則在自己的車上裝了一款新型電池，并且希望這種電池不久便能為美國各地的車輛供電。這款新電池屬于鎳鐵電池，最早由瑞典發(fā)明家恩內斯特瓦爾德馬爾揚格納于1899年申請專利，后經(jīng)愛迪生改進并用在了汽車上。
愛迪生稱，這款鎳鐵電池極其耐用，并且充電速度是鉛酸電池的兩倍。他甚至和福特汽車達成了協(xié)議，準備生產(chǎn)這款據(jù)他所稱效率更高的電動汽車。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
但鎳鐵電池的確存在一些問題。它的體積比當時使用得更廣泛的鉛酸電池要大，價格也更昂貴。并且它在充電時會放出氫氣，這樣既麻煩又危險。
不幸的是，等到愛迪生改進了自己的原型設計時，電動汽車已經(jīng)逐漸被續(xù)航更久的化石燃料汽車取代。愛迪生和福特汽車的協(xié)議也就此擱淺。不過他的電池后來在其它方面得到了應用，比如鐵路信號燈。在這些地方，這款電池的龐大體積就不是個問題了。
但等到一個多世紀之后，工程師們便會發(fā)現(xiàn)，鎳鐵電池身上其實隱藏著巨大潛力。如今，人們正對它展開研究，希望它能解決風能和太陽能等可再生能源供應不穩(wěn)、斷斷續(xù)續(xù)的問題。此外，它的副產(chǎn)物氫氣一度令人頭疼，如今看來卻可能是這款電池最大的用處之一。
大約2015年前后，荷蘭代爾夫特理工大學的一支研究團隊基于鎳鐵電池出現(xiàn)的氫氣、偶然為該電池找到了一種用武之地。在電池充電過程中，電流從電池中通過時會經(jīng)歷一種化學反應，生成氫氣和氧氣。該團隊認為，該反應和用水生成氫氣的反應、即電解水反應類似。
▲傳統(tǒng)電解器也可以將可再生能源轉化為氫氣，但穆爾德希望能以更高效、更低廉的方式實現(xiàn)這一點。
在我看來，其中的化學原理是相同的。該團隊帶頭人弗科穆爾德指出。水的分解反應是出現(xiàn)氫氣燃料的一種途徑，并且只要驅動該反應的能量也由可再生能源出現(xiàn)，氫氣就是一種百分之百的清潔能源。
穆爾德和他的團隊還吃驚地發(fā)現(xiàn)，鎳鐵電池的電極開始分解水后，電極儲存的能量竟然變得比開始生成氫氣前還要高。換句話說，當鎳鐵電池同時被用作電解裝置時，它就變成了一臺性能更加優(yōu)秀的電池。他們還驚訝地發(fā)現(xiàn)，該電池的電極可以很好地承受電解反應，而在傳統(tǒng)電池中，電解反應往往會令電池遭受嚴重耗損。另外，我們對該電池在上述過程中的能量效率也十分滿意，可以達到80%-90%。穆爾德指出。
穆爾德將他們的作品稱作電池電解器（battolyser），希望此次發(fā)現(xiàn)能有助于解決可再生能源的兩大重要挑戰(zhàn)：儲能能力，以及當電池充滿時制造清潔能源的能力。
我們經(jīng)常聽到各種各樣有關電池和氫氣的討論，穆爾德指出，這兩個方向之間一直存在某種競爭關系，但我們其實二者都要。
可再生價值
風能和太陽能等可再生能源最大的挑戰(zhàn)之一在于，它們供應的能量總是難以預測、斷斷續(xù)續(xù)。例如，太陽能在白天和夏季供應的能量容易過剩，在夜間和冬季則又常常不足。
▲鎳鐵電池電解器有助于平衡太陽能和風能等能源的供求關系。
鋰電池等傳統(tǒng)電池可以在短時間內儲存能量，但一旦它們充滿了電，就必須將過剩能量釋放出去，否則便會過熱、出現(xiàn)耗損。而相比之下，鎳鐵電池電解器即使在充滿電后仍可保持穩(wěn)定，只是繼續(xù)充電時會開始出現(xiàn)氫氣而已。
鎳鐵電池持久耐用，承受充電不足和過度充電的能力都比其它電池強。英國拉夫堡大學機械、電氣和制造工程學院助理研究員約翰巴頓指出，他也在對電池電解器展開研究，通過出現(xiàn)氫氣，電池電解器儲存能量的時間可以長達數(shù)天、甚至數(shù)月之久。
除了出現(xiàn)氫氣外，鎳鐵電池還有其它一些有用的特點。首先，它們無需經(jīng)常維護。愛迪生在他的早期電動汽車上便已證實，鎳鐵電池極為持久耐用，有些已經(jīng)持續(xù)使用了40年。此外，鎳和鐵這兩種金屬也比傳統(tǒng)電池使用的金屬更加常見。這意味著鎳鐵電池電解器關于可再生能源還有另一重意義：有助于提高利潤率。
和其它所有行業(yè)相同，可再生能源的價格也由供求關系決定。例如在陽光燦爛的日子里，太陽能可以供應充足的能量，造成能源價格下跌。而鎳鐵電池電解器則有助于削峰填谷，使這條價格曲線變得平滑一些。
當電價較高時，可以讓電池放電；而當電價較低時，則可以給電池充電、并出現(xiàn)氫氣。穆爾德指出。
能實現(xiàn)這一功能的不僅僅是鎳鐵電池電解器，較為傳統(tǒng)的堿性電池也可以做到這一點，并且在氫氣制造業(yè)中已經(jīng)得到了廣泛運用。不過穆爾德認為，鎳鐵電池電解器的耐久性更強，因此成本更低、使用時間更長。電池電解器的支持者們也因此感到信心滿滿。
此外，雖然鎳鐵電池電解器的直接產(chǎn)物是氫氣，但也可以生成其它物質，比如氨氣或甲烷，這些比氫氣更易于儲存和運輸。假如安裝了一臺電池電解器，氨氣廠就可以持續(xù)運作，所需人工也會更少，進而減少運維成本，因此生成氨氣是在可持續(xù)前提下最劃算的一種選擇。穆爾德電池電解器的投資人、ProtonVentures公司董事長漢斯弗里安霍夫指出。
擴大規(guī)模
目前最大的鎳鐵電池容量和功率分別為15KW和15kWh，容量和長期氫氣儲量可以為1.5戶家庭供電。另外，荷蘭埃姆斯哈文發(fā)電廠正在籌建一臺30kW/30kWh的鎳鐵電池電解器，未來出現(xiàn)的氫氣足以滿足電廠所需。
一旦鎳鐵電池電解器在該發(fā)電廠通過了嚴格測驗，下一步就是進一步提高規(guī)模、分銷給綠色能源供應商，如太陽能和風能發(fā)電場等等。電池電解器支持者的終極目標是希望它們可以達到吉瓦級別，相當于400臺公共事業(yè)規(guī)模的風力發(fā)電機的總產(chǎn)量。不過除了新增規(guī)模之外，巴頓認為小型電池電解器也能發(fā)揮用武之地，可以為不依賴主供電網(wǎng)的偏遠社區(qū)使用的微型電網(wǎng)供能。
電池電解器的電極均由相比較較便宜和常見的金屬制成，這也是它的有利之處。并且和鋰不同，鎳和鐵在開采過程中不會出現(xiàn)大量廢水，也不會導致嚴重的環(huán)境破壞。
▲愛迪生在新澤西的實驗室是他許多發(fā)明的誕生地。有些在他生前便已聞名遐邇，有些則默默無聞。
不過，穆爾德和巴頓都認為，鎳鐵電池在效率和容量方面仍有一些障礙要克服。電池電解器假如進一步新增電池容量、或者減小內部電阻，可以受益良多。內部電阻和電池內部電流方向相反，內部電阻越大，電池效率就越低。穆爾德和他的團隊如今正在研究如何改進這一方面。
自從愛迪生在上世紀初開始研究鎳鐵電池以來，鎳鐵電池電解器的大部分潛力其實一直都擺在眼皮子底下，卻始終不曾被人發(fā)現(xiàn)。鎳鐵電池也許不像愛迪生想的那樣、適合為汽車供能，但可以加速向可再生能源的過渡，因此或將在廣泛取代化石能源的過程中發(fā)揮重要用途。
