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麻省理工研究的“半固态锂液流电池”，究竟什么样？

　　日前，有新闻称美国麻省理工学院的研究人员与一家名为 24M 的衍生公司合作，日前开发出一种制造锂离子电池的先进工艺：半固态锂液流电池。不仅有望显著降低生产成本，还能提高电池性能，使其更易于回收。

　　这里有必要介绍下 24M 公司的创始人，他是麻省理工学院教授、A123 电池公司前创始人之一蒋业明。其中，通用汽车的插电混合动力汽车沃蓝达、上海汽车的荣威 550 插电版都是用 A123 公司的电池。蒋业明这个名字在电池界很知名，他除了搞磷酸铁锂电池（比亚迪电动车用的就是磷酸铁锂电池）以外，还与同事于 5 年前提出了“半固态液流电池”的概念，这些年他一直在做商用的努力。

　　蒋业明是台湾人，美国工程院院士，台湾中央研究院院士，麻省理工学院材料系教授，研究过用铝、铌、锆等三种金属做正极的超级锂电池。在全球材料科学家中排名 66 位。算是电池行业的世界顶级专家。

　　先说说“液流电池”是个什么东西

　　我们目前用的绝大部分电池都来自于一个古老的模型——公元 1800 年的原电池。这个东西的原理就是有正极，有负极，有电解液，然后电子流动就有了电。

　　家里的土豆、柠檬、苹果，插上一个铜片，一个锌片就可以带动电子钟，就是这个原理。

麻省理工研究的“半固态锂液流电池”，究竟什么样？

　　最近 300 年来，人们不断寻找正极和负极材料，提升能量密度，无论是干电池、镍镉电池还是流行的锂电池，都是材料的升级。原理和家里 DIY 的土豆电池，苹果电池是完全一样的。

　　无论材料怎么升级，传统的电池对活性物质的利用率很低，能够产生电能的物质被包裹在必须的非活性物质之中。在我们常见的锂电池里面，锂材料只含电池重量的2% 左右。这些非活性物质增加了电池成本，还降低了活性物质的利用率。

因为传统电池的这些弱点，人们发明了液流电池。液流电池可以视为一个独立的大电池，正负极电解液分别存放，集中反应产生电能。这样无需昂贵的附加材料，可以大大提升效率。

麻省理工研究的“半固态锂液流电池”，究竟什么样？

液流电池的工作原理

　　其实，液流电池并非那么完美

　　既然液流电池这么好，效率这么高，为什么还没有被广泛采用呢？

　　这是因为液流电池不仅仅有优点，它的缺点也很多。

　　目前液流电池的浓度有限制，虽然理论上效率比传统电池要高，但是溶液浓度低、能量密度和功率密度并没有优势，价格也不算便宜。溶液本身能量密度就低，再加上装溶液的罐子、抽送溶液的泵等附加装置，液流电池整个系统综合算下来效能就更差。

　　所以，蒋业明开发出来了半固态锂液流电池。

　　这种液流电池不用溶液，用细小的锂化合物粒子与液体电解液混合形成的泥浆。因为这种泥浆的能量密度可以做的比溶液高，于是液流电池的大容量优势就有了，在蒋业明在麻省理工写论文的时候，他的半固态液流电池的能量已经可以达到 500WH/L了（参照：手机，平板的和这个差不多，而动力电池远远低于这个）。

　　这种电池的原理其实很简单。电极是细小的锂化合物粒子与液体电解液混合形成的泥浆，电池使用两束泥浆流，一束带正电，一束带负电。两束泥浆都通过铝集电器和铜集电器，两个集电器之间有一个能透水的膜。当两束泥浆通过膜时，会交换锂离子，导致电流在外部流动。为了重新给电池充电，只需要施加电压让离子后退穿过膜即可。

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