美國麻省理工學院研發(fā)“無負極電池”

制約智能硬件進一步發(fā)展的瓶頸問題——電池技術，最近在美國麻省理工學院(MIT)取得了革命性突破。新研發(fā)的“無負極電池”有望在未來1～2年內(nèi)投入使用，使智能手機變得薄如卡片，手機待機時間和電動車續(xù)航里程翻番，而且電池價格變得更低。

這種“第三代鋰電池”使用一種超薄到近乎為零的金屬負極和更加安全的電解液。根據(jù)美國權威的獨立電池測試實驗室A123 公司驗證，其2 安時產(chǎn)品原型的比能量達到了1337 瓦時/升，超過了目前蘋果、三星、小米和特斯拉電池比能量的2 倍，這項成果打破了目前世界最高紀錄，還獲得了包括美國“R ＆ D100 獎”(如同科技創(chuàng)新領域的奧斯卡獎) 和美國能源部“清潔能源獎”等一系列知名的科技創(chuàng)新獎項。

該技術由MIT 的胡啟朝博士和唐納德·賽德維教授共同研發(fā)。前者來自中國，畢業(yè)于哈佛大學，是2012年福布斯評選的全球30 位30 歲以下杰出科學家之一；后者是世界著名的電池專家，是2012年《時代周刊》評選的“世界最有影響力的100 人”之一，他此前的電池項目曾經(jīng)得到微軟董事長比爾·蓋茨的支持。兩位科學家?guī)ьI一支MIT 的創(chuàng)業(yè)團隊組建了麻省固體能源公司(Solid Energy)，以促進科技成果的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化，并獲得了MIT 相關專利的全球獨家使用權。

根據(jù)花旗銀行的最新報告，2014年全球可充式鋰電池市場高達210 億美元，其中120 億美元來自于消費類電子產(chǎn)品，35 億美元來自于電動汽車。保守估計，2020年全球可充式鋰電池市場將達到350 億美元，其中147 億美元來自于消費類電子產(chǎn)品，100 億美元來自于電動汽車。隨著人們越來越多地使用智能硬件，實際的鋰電池市場有可能遠遠大于這個保守估計。

根據(jù)美國能源部的定義，第一代鋰電池使用石墨負極，最多能達到600 瓦時/升的比能量；第二代鋰電池使用硅負極，最高能取得800 瓦時/升的比能量。第一代和第二代都屬于傳統(tǒng)的鋰離子電池。而第三代鋰電池將使用更高比能量的金屬負極甚至做到無負極，超過1000瓦時/升的比能量。

電池由四部分構成：正極、負極、電解液和隔膜。大部分電池公司都扎堆在正極材料的生產(chǎn)上，正極材料的研發(fā)創(chuàng)新周期很快，一般每年都有5%的能量密度方面的提升，但這種創(chuàng)新非常漸進和零散，而且不同的應用和企業(yè)會選擇不同的正極。

“在負極方面，創(chuàng)新相對困難很多，一般每10年到20年才有一次大的突破，這也是為什么電池由負極決定屬于哪一代?！焙鷨⒊f。

目前的負極主要是以石墨為主，優(yōu)點是成熟和廉價，缺點是能量密度很低。在負極提供商中，幾乎沒有技術差異，主要靠降低成本來競爭。電解液方面呈現(xiàn)多樣和分散的態(tài)勢，但不同產(chǎn)品差異很小。隔膜方面的一些核心技術主要由日本和美國企業(yè)掌握，利潤很高，但是隨著先進技術的推進，它們的優(yōu)勢和壟斷地位正在逐漸消失。

Solid Energy 專注于開發(fā)新一代負極材料，并使之與不同的正極材料相匹配，為大規(guī)模投入使用奠定基礎?！拔磥砦覀兿Ｍ蔀橐粋€專注于電池負極和電解液的材料提供者，我們目前已經(jīng)和多個電池公司和消費類電子公司，包括蘋果和三星，合作測試電池材料?！焙┦空f。

Solid Energy 正在積極準備，如果一切順利，2015年秋季將推出消費類電子產(chǎn)品電池材料，2016年秋季推出電動汽車電池材料，預計2016年，Solid Energy的產(chǎn)量可以支持1000 萬部智能手機和智能手表。

美國海軍訂購鋰離子電池儲能系統(tǒng) 裝備下一代電磁炮

美國海軍海上系統(tǒng)司令部(the Naval Sea Systems Command) 向總部位于內(nèi)華達州漢德森的磷酸鋰鐵電池技術開發(fā)制造商K2 Energy Solutions 授予了一份價值8140 萬美元的合同，用以設計一種能夠為用于電磁軌道炮的大型模塊化電容器組供電的儲能系統(tǒng)。

電磁軌道炮已經(jīng)成為美國海軍研究局(Office of Naval Research)支持的最大科技項目之一。這種武器無需使用火藥或火箭發(fā)動機，而是靠電力來發(fā)射高超聲速彈丸進行超遠程打擊。電磁炮可以讓彈丸的發(fā)射速度超過7 馬赫。從一艘軍艦上發(fā)射出去的彈丸，可以在約6 分鐘內(nèi)擊中超過200 海里之外的目標。電磁炮是美國海軍定向能武器項目中最重要的技術，該項目中還包括幾項高風險、高回報的激光技術。

定向能技術具有勝過傳統(tǒng)火炮、炸彈及其他動能武器的關鍵優(yōu)勢，包括能夠更加精確地攻擊多個目標。美國海軍負責研發(fā)和采購的助理部長詹姆斯·湯姆森說：“對于美國海軍-海軍陸戰(zhàn)隊團隊(Navy-Marine Corps Team)而言，定向能武器是一項改變游戲規(guī)則的關鍵技術?！倍绹＼姴⒎敲绹姺街С盅邪l(fā)定向能應用的唯一部門。

電磁炮樣炮全貌

工程人員正在測試安裝電磁炮設備

產(chǎn)生發(fā)射電磁炮所需的大量電脈沖一直是大規(guī)模部署此項技術的一個關鍵障礙。此次的電池合約表明，這個障礙至少已經(jīng)得到部分解決。

磷酸鋰鐵電池是如今市場上可以找到的多類鋰離子電池之一。它們可以再充電，通常用于需要平穩(wěn)放電率并且限制發(fā)熱量的高功率應用。該電池系統(tǒng)預計在2016年完成。據(jù)美國國防部宣布授予此項合約的新聞公告稱：“內(nèi)華達州漢德森的K2 Energy Solutions 被授予一份最高限價為8140 萬美元的固定價格/成本加固定費用的基本訂購協(xié)議，用以設計向用于電磁電磁炮的大型模塊化電容器組供電所需的完全獨立的電池中間儲能系統(tǒng)?！?/p>

除了軍事上的應用之外，K2 Energy Solutions 還為醫(yī)療、工業(yè)和公用事業(yè)應用開發(fā)了高能量和高功率電池技術。

美國Seeo公司獲三星投資開發(fā)新型固態(tài)鋰電池

剛剛獲得1700 萬美元投資的美國Seeo 電池公司最近有了新研究成果，他們研發(fā)出了一種新型固態(tài)鋰電池，其容量是目前常見電動汽車電池的兩倍。

位于加州的Seeo公司成立于2007年，主要研發(fā)可充電的鋰電池，前身屬于美國能源部下屬勞倫斯伯克利國家實驗室。該公司已經(jīng)擁有還未商用的比能量達到350 瓦時/千克的電池，并計劃增強到400瓦時/千克，這是如今諸多電動汽車電池的兩倍。目前，Seeo 的總?cè)谫Y額超過4000 萬美元，而在剛剛結(jié)束的最新一輪融資中，其主投資方是韓國三星風投公司(Samsung Ventures)。

固態(tài)型鋰電池有很多潛在優(yōu)勢。傳統(tǒng)鋰電池的內(nèi)部是液態(tài)電解質(zhì)，而Seeo 的固態(tài)鋰電池采用一種名為“DryLyte”的固態(tài)聚合物電解質(zhì)，這種電解質(zhì)不易揮發(fā)，也不易燃燒，能夠在更高的溫度下使用，安全等級要高于傳統(tǒng)鋰電池。Seeo 公司正在努力憑借自己的創(chuàng)新來取代標準的易燃液態(tài)電解質(zhì)，特別是鋰電池內(nèi)的電解質(zhì)。

Seeo 的這款固態(tài)電池，由于材質(zhì)為純質(zhì)鋰，可以貯存更多的電量。雖然有很多公司都研發(fā)出了由純鋰和固態(tài)電解質(zhì)組成的固態(tài)鋰電池，但在同樣的規(guī)格下，其電量都遠遠比不上Seeo 的電池。而且Seeo 表示他們生產(chǎn)的電池體積更小，無論外部環(huán)境如何，電池都能保持長久穩(wěn)定的性能。

Seeo開發(fā)新型固態(tài)鋰電池

通常情況下，固態(tài)電解質(zhì)不能像液體電解質(zhì)一樣傳導鋰離子；同時，純鋰容易纖維化，形成枝晶，從而導致短路。不過，這可以通過在純鋰中加入另一物質(zhì)（如石墨）來防止。Seeo 就是這么做的，他們的固體電解質(zhì)包含兩層：一層用于傳導鋰離子；另一層用于形成電極之間的物理屏障，防止形成枝晶而導致短路。由于電解質(zhì)的電壓限制，其他公司研發(fā)出的純鋰固態(tài)電池都只能被迫降低儲電量，而Seeo 的這款電池則可以避免這個問題。

在最近進行的試驗中，這款電池的充電次數(shù)已經(jīng)可以超過100 次，但是實際應用中需要達到的目標是1000 次以上。Seeo 的 CEO HalZarem 表示，這款新電池可以通過常規(guī)設備來生產(chǎn)，如果這項技術商業(yè)化，它可以使電動汽車每次充滿電后的續(xù)航里程提高到200 英里。目前市面上最便宜的電動汽車成本價約為3 萬美元，電池續(xù)航在100 英里左右，僅電池的費用就要占到1 萬美元。也就是說，如果維持同樣的續(xù)航里程，Seeo 的新電池可以令電池成本下降一半。

那么，三星為何對此感興趣呢？事實上，三星公司已經(jīng)在美國和韓國申請了一些可以應用在電動汽車中的技術專利。三星曾宣稱不會直接進軍電動汽車領域，不過，三星在此方面的措施卻表明他們正在向電動汽車領域邁進。早在2009年，三星SDI 就開始與寶馬公司合作，共同研發(fā)鋰電池技術。這兩家公司已于近期宣布，將把雙方的合作協(xié)議進一步拓展，以便更好地開發(fā)兩款電動汽車——BMW i8 和i3。

德國巴斯夫聯(lián)合日本戶田工業(yè)公司開展鋰電池正極材料業(yè)務

德國化工巨頭巴斯夫集團與日本戶田工業(yè)公司宣布，雙方就在日本設立合資公司開展鋰電池正極材料業(yè)務一事達成了基本一致。

戶田工業(yè)公司在一份聲明中表示，合資公司將命名為“巴斯夫戶田電池材料有限責任公司”，巴斯夫持股66%，戶田工業(yè)持股34%。合資公司將融合雙方的正極材料業(yè)務、知識產(chǎn)權及在日本的生產(chǎn)基地。合資公司總部位于東京，生產(chǎn)基地位于日本山口縣小陽小野田市和福岡縣北九州市，計劃2015年2月底投產(chǎn)，主要致力于鎳鈷鋁酸鋰(NCA)、錳酸鋰 (LMO)、鎳鈷錳酸鋰(NCM)等正極材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，這些材料可用于生產(chǎn)汽車、消費類電子產(chǎn)品和儲能市場所需的鋰電池。戶田工業(yè)經(jīng)營管理部相關人士透露，預計該合資公司的正極材料年產(chǎn)能約為1.8 萬噸，大約會有80 名工作人員。

對于此次合作，戶田工業(yè)公司董事長久保田正表示：“隨著全球鋰電池市場的不斷擴大，戶田工業(yè)認為，要想發(fā)展正極材料業(yè)務，有必要與合作伙伴聯(lián)手。通過與巴斯夫設立合資公司，可以強化電池正極材料的安全、性能、成本等要素。”巴斯夫方面看來對此次合作也很滿意。巴斯夫催化劑事業(yè)部總裁肯尼斯·拉內(nèi)表示：“此次通過與戶田工業(yè)設立合資公司，巴斯夫在全球電池材料市場上的相關業(yè)務，必然會得到加速發(fā)展和進一步擴大。”巴斯夫日本公司社長約爾格·克里斯蒂安·斯特克補充道：“在電池的制造和研發(fā)方面，日本是先進的國家。通過設立合資公司，我們可以強化在日本市場的地位，并使現(xiàn)有的在日本的電池材料業(yè)務得到進一步擴充。”

作為德國化工巨頭，巴斯夫很重視日本電池材料市場。此前巴斯夫已經(jīng)在位于日本兵庫縣尼崎市的尼崎研發(fā)中心增設了“尼崎研發(fā)中心電池材料研究所”，專注于電池正極材料和電解液的研發(fā)。巴斯夫電池與電化學研發(fā)部副總裁安德瑞斯·菲舍爾稱：“我們成立電池材料研究所的目的是擴大研發(fā)網(wǎng)絡，進一步向日本電池行業(yè)滲透。我們的目標是開發(fā)出用于高性能電池的創(chuàng)新型材料，從而大幅提高用于電動汽車、電子產(chǎn)品的電池性能?！?/p>

至于巴斯夫為何選擇尼崎市，原因是尼崎市所在的兵庫縣是“日本西部電池產(chǎn)業(yè)聚集地”，松下和原三洋電機電池工廠都在此處。另外，在與兵庫縣相鄰的京都府，還有為三菱汽車供應電池的GS湯淺。按巴斯夫日本公司斯特克社長的說法：“在日本擁有基地至關重要，而尼崎離關西和關東的企業(yè)都很近。”

日本豐田公司宣布免費開放氫燃料電池技術專利

前不久，日本豐田汽車公司在美國拉斯韋加斯國際消費電子展的媒體預展上宣布，該公司約5680 項氫燃料電池專利技術（包括正在申請中的專利）將無償開放給同行使用。這與幾個月前特斯拉宣布公開其專利技術的舉動如出一轍。

豐田此次開放的專利包括1970 項氫燃料電池組相關專利、290 項高壓氫氣罐相關專利、3350 項燃料電池系統(tǒng)軟件控制專利和70 項氫氣生產(chǎn)和供應專利。其中，電堆、燃料箱、系統(tǒng)控制等與燃料電池汽車相關的5610 項專利將免費開放至2020年，而氫氣生產(chǎn)和供應專利由于公共性高，將無限期無償提供。有意使用豐田專利的公司需要與其簽署合同。豐田希望通過這種有違常規(guī)的“自獻秘笈”，吸引更多同道進行合作，加快燃料電池車的普及。

燃料電池汽車是日本“氫社會”戰(zhàn)略的領跑者。日本官方的新能源及產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構曾發(fā)布《氫能源白皮書》，提出要建設“氫社會”，并努力使氫能源成為日本第三大能源支柱。2014年12月，豐田推出了全球第一款面向普通消費者的氫燃料電池車“MIRAI”(意為“未來”)，新車首先在日本發(fā)售，2015年計劃在美國上市。以燃料電池汽車上市為標志，2015年被視為“氫社會的元年”。

豐田汽車銷售（美國）公司汽車運營部高級副總裁鮑勃·卡特說，氫燃料電池有潛力成為未來100年的主流技術，而讓更多的汽車廠商和供應商加入進來將加速這一進程。豐田社長豐田章男在東京出席汽車等業(yè)界的集會時也向媒體表示：“我認為要實現(xiàn)‘氫社會’，擴大支持團隊十分重要?！?/p>

日本主要汽車廠商對豐田此舉表示歡迎，日產(chǎn)汽車副董事長志賀俊之稱這是“為促進研發(fā)而做出的罕見的決斷”，馬自達社長小飼雅道也表示“這是基于只有全日本廠商攜手努力才能成功的認識而做出的全球化決斷”。但燃料電池車的研發(fā)需要巨額資金，主力廠商能否參與其中還是未知數(shù)。

野村綜合研究所汽車產(chǎn)業(yè)高級咨詢顧問張翼認為，豐田開放專利最主要還是為了吸引周邊零部件供應商投入更多資源參與燃料電池汽車的研發(fā)。在5000 多項專利中，僅燃料電池發(fā)電核心零部件電堆的技術就有2000 多項，靠豐田一家研發(fā)生產(chǎn)根本無法完成。由于開發(fā)成本巨大，燃料電池汽車研發(fā)只能通過加強國際合作，形成疊加效應。目前已經(jīng)形成豐田與寶馬，日產(chǎn)、戴姆勒和福特，本田和通用三大合作陣營。豐田希望借公開專利盡快集結(jié)零部件生產(chǎn)企業(yè)，搶先掌握燃料電池汽車行業(yè)標準制定的主導權。在燃料電池車這片嶄新的疆域中，如果沒有同道的合作與競爭，銷量就無法擴大，市場就難以形成，基礎設施建設就難以推進。

氫燃料電池汽車發(fā)展的瓶頸之一就是加氫站的建設。日本國內(nèi)已確定設置的加氫站只有45 處，僅限于東京、名古屋、大阪和福岡幾個大城市。日本政府計劃2015年度投入110 億日元在全國建設100 處加氫站。建設一處加氫站需要花費4 億～5 億日元，其中2/3 的費用將由日本政府補貼。目前，豐田正通過貸款和合作發(fā)展等多種方式在美國加利福尼亞州等地建立數(shù)十個加氫站。

與此同時，降低汽車售價也是燃料電池車取勝的關鍵。豐田“未來”車型的市場售價為723.6 萬日元，由日本政府補貼消費者202 萬日元，加上減稅優(yōu)惠，實際售價約500 萬日元。日本提出，要在2025年左右將燃料電池汽車的售價降至與混合動力車相當水平。

對于豐田此次的舉動，業(yè)界也有觀點認為：“開放燃料電池技術專利的舉動，對于把氫燃料電池汽車奉為涅槃的企業(yè)而言看著是撿著了大便宜，可是跟著豐田的軌跡模仿，不僅十分受限，而且以后技術升級不可避免面臨著有償使用的局面，到時就會很被動?！?/p>

日本NIMS建立鈣鈦礦太陽電池研發(fā)體制

日本物質(zhì)及材料研究機構(NIMS)的納米材料科學環(huán)境基地(GREEN)前不久在東京舉行了“第9屆納米材料科學環(huán)境基地研討會”，并在會上宣布，關于最近備受關注的鈣鈦礦型太陽電池，已建立起了相關研發(fā)體制。

GREEN 副主任、鈣鈦礦型太陽電池特別基地小組負責人宮野健次郎介紹了成立該小組的原委：“2009年鈣鈦礦型太陽電池的高效率化研究成果發(fā)表以后，尤其是最近兩年，世界各國的研發(fā)團隊接連發(fā)表了實現(xiàn)更高效率的研究成果，刮起了一陣研發(fā)旋風。在這種背景下，我們在 2009年 10月設立的 GREEN 中設立了鈣鈦礦型太陽電池特別基地小組?！?/p>

GREEN 是為了利用納米技術研發(fā)環(huán)境技術而設立的，一直把太陽電池作為綠色創(chuàng)新的重要技術，開展光電轉(zhuǎn)換原理分析、光電轉(zhuǎn)換高效率化及探索新材料方面的研究。宮野稱：“鹵化金屬鈣鈦礦型太陽電池盡管制作方法簡單，但卻顯示出一定程度的高發(fā)電效率，相關研究成果連接發(fā)表，高效率化還在繼續(xù)推進?！迸c現(xiàn)在已推出產(chǎn)品的晶體及非晶硅類，以及CICS(化合物)類太陽電池相比，鈣鈦礦型太陽電池“尚在研究開發(fā)階段，因此設立了相關研發(fā)基地”。

目前，特別研究小組正在探索鹵化金屬鈣鈦礦型太陽電池的代表——甲基氨基碘化鉛等太陽電池的制造方法。小組負責人白井康裕介紹說：“我們在考慮離子性晶體的化學方面的問題的同時，使用通常的固體物性的研究方法和計測手段，對使用鹵化金屬鈣鈦礦的太陽電池為何具有高效率等高性能發(fā)揮機制展開了研究?！?/p>

鹵化金屬鈣鈦礦型太陽電池是在140℃以下的低溫下利用溶液工藝制作的。這種太陽電池目前采用的結(jié)構是：在銀層上層疊鈣層、PCBM（富勒烯衍生物）層、甲基氨基碘化鉛層、高分子聚合物層、ITO（銦錫氧化物）玻璃，從ITO 玻璃層射入陽光。據(jù)白井介紹：“通過優(yōu)化溶液工藝等成膜條件，現(xiàn)在光電轉(zhuǎn)換效率已達到10%～12%，實現(xiàn)了良好的再現(xiàn)性?！?/p>

在對研究小組試制的鹵化金屬鈣鈦礦型太陽電池發(fā)電時的電流和電壓進行測量時，一度存在電流和電壓特性因掃描方向及速度而異的問題，但現(xiàn)在該問題已得到解決。白井表示：已經(jīng)確立了計測太陽電池的電流及電壓特性的基礎技術，即使連續(xù)照射光，也不會引起太陽電池的電流和電壓特性因掃描方向及速度而不同的現(xiàn)象。白井強調(diào)稱，這樣“便可驗證多種鹵化金屬鈣鈦礦型太陽電池的特征”，相關研究體制也就建立起來了。

另外，宮野健次郎介紹了試制的鹵化金屬鈣鈦礦型太陽電池，表示正在利用與標準PIN 結(jié)的“無機半導體模型”近似的方法，提取各種參數(shù)。

2014 年五國電動車銷量首次均超一萬

市場調(diào)研機構Research Capsule 近日發(fā)布的研究報告指出，美國、法國、挪威、日本和中國等五個國家2014年的純電動汽車銷量均突破一萬輛大關，如果加上插電式混合動力車，總體銷量會更多。

2014年是電動汽車市場再度刷新紀錄的一年，也是世界上五個國家的銷量首次同時突破一萬輛。Research Capsule的報告中并未列出上述五國的銷量排名，但可以確定的是，美國、挪威、日本、法國和中國都在名單之中。

該報告稱，插電式汽車(純電動和插電式混合動力車) 市場的地理分布不均。挪威是全球最為普及的領先國家，鄰國瑞典則是歐洲插電式汽車推廣較為落后的國家。荷蘭的純電動汽車市場十分繁榮，而在國土面積更大的德國，插電式汽車的銷量只有荷蘭的一小部分。在英國，充電設施大量閑置，電動汽車的銷量依舊微弱。法國電動汽車購買數(shù)量則是西班牙人均水平的3 倍。在美國，加利福尼亞州占據(jù)了全美純電動汽車總銷量的近50%。

Research Capsule 稱，全球插電式汽車市場總體上看仍然是有前途又有趣的。與各大汽車廠商的高管接觸調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，他們認為電動汽車市場的潛在震動性巨大，但是銷量實現(xiàn)規(guī)?；孕璧却龜?shù)年。當前的主要屏障就是銷量太低，一個國家的電動汽車銷量占到整體汽車市場1%的份額，已被認為是相當好的成績。2014年只有五個國家的銷量同時超過一萬輛，照此估算，未來五年只有一個國家的電動汽車銷量占比能突破10%。

Research Capsule 預測，美國、中國、日本、荷蘭、德國、法國、英國、挪威和瑞典將是插電式汽車市場發(fā)展的領先國家。財政激勵政策是銷售最強勁的推動力量，市場中的主要車企參與者將是福特、通用汽車、三菱、雷諾-日產(chǎn)、特斯拉和豐田汽車公司。