引言
Durathon鈉鹽電池的原料是極易獲得的氯化鈉和鎳，首次充電以后在負(fù)極室形成鈉金屬，在正極室形成氯化鎳，由此不斷充放電循環(huán)使用，因此也可稱為鈉氯化鎳二次電池或鈉鎳電池。據(jù)悉，GE的第一代鈉鹽電池主要用于數(shù)據(jù)中心和通訊基站的備用電源。
最近，通用電氣（GE）公司宣布再投入7000萬(wàn)美元擴(kuò)建位于美國(guó)紐約的電池工廠。經(jīng)過(guò)多年研發(fā)，GE研發(fā)的Durathon鈉鹽電池技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
GE董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官伊梅爾特認(rèn)為，這項(xiàng)新業(yè)務(wù)有望在幾年后為GE帶來(lái)10億美元的年收入。
而為了這種新型電池，GE已經(jīng)投入重金：一個(gè)四五十人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持10年投入其中，其代價(jià)相當(dāng)于一個(gè)年收入在1400億美元以上的AAA級(jí)公司的資金和技術(shù)支持。
近日，GE中國(guó)研發(fā)中心電化學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理黃群健博士向記者介紹，中國(guó)科學(xué)家在其中提供了很多原創(chuàng)性技術(shù)。
鈉鹽電池優(yōu)勢(shì)多
Durathon鈉鹽電池的原料是極易獲得的氯化鈉和鎳，首次充電以后在負(fù)極室形成鈉金屬，在正極室形成氯化鎳，由此不斷充放電循環(huán)使用，因此也可稱為鈉氯化鎳二次電池或鈉鎳電池。據(jù)悉，GE的第一代鈉鹽電池主要用于數(shù)據(jù)中心和通訊基站的備用電源。
這種新型電池具有一定優(yōu)勢(shì)。例如，同鉛酸電池相比，鈉鎳電池的能量密度是其兩倍以上，壽命為10倍左右。如考慮使用壽命，則鈉鎳電池的成本有望和鉛酸電池競(jìng)爭(zhēng)，全生命周期的經(jīng)濟(jì)性則更強(qiáng)。而同鋰電池相比，鈉鹽電池不存在發(fā)生起火爆炸的危險(xiǎn)。
和日本NGK公司已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的鈉硫電池一樣，鈉鎳電池也是一種高溫電池，運(yùn)行溫度在300攝氏度左右。鈉硫電池制造生產(chǎn)時(shí)需要在負(fù)極室直接填充鈉金屬，高溫下易燃。但據(jù)黃群健介紹，鈉鎳電池在制造時(shí)不存在鈉金屬，相對(duì)更為安全。而且，氯化鎳本身可作為非常好的滅火材料，一旦電池內(nèi)部短路能將金屬鈉轉(zhuǎn)化為氯化鈉。
目前，作為一種高能量密度電池，用于儲(chǔ)能和備用電源的Durathon電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。據(jù)GE 運(yùn)輸集團(tuán)總裁兼首席執(zhí)行官羅瀾索（Lorenzo Simonelli）介紹，下一步將拓展在軌道交通、礦用車輛和船舶領(lǐng)域的混合動(dòng)力方面的應(yīng)用。
實(shí)際上，GE看中鈉鎳電池的初衷就是用于機(jī)車供能。
據(jù)黃群健介紹，北美市場(chǎng)上柴油機(jī)車較為普遍，但目前還沒(méi)有一項(xiàng)電池技術(shù)能滿足其電氣化的需求。因此，2001年前后，GE評(píng)估了各種電池，最后選中了鈉鹽電池，至今已開(kāi)展了10年的研發(fā)工作。
中國(guó)科學(xué)家功不可沒(méi)
鈉鎳電池的概念最早在上世紀(jì)70年代由南非科學(xué)家提出，后來(lái)也曾有過(guò)小規(guī)模商業(yè)示范，但始終未走向成熟和大規(guī)模使用。
在已有多年研發(fā)積累的基礎(chǔ)上，GE投入重金：10年中，GE全球研發(fā)中心一直保持了幾十人的穩(wěn)定團(tuán)隊(duì)，美國(guó)、印度、中國(guó)研發(fā)中心的科學(xué)家都參與其中。
而作為重點(diǎn)方向，鈉鹽電池還獲得了伊梅爾特的CEO專項(xiàng)基金持續(xù)支持。伊梅爾特評(píng)價(jià)稱：“我們不僅僅發(fā)明了一種新電池，更是創(chuàng)造了一項(xiàng)新業(yè)務(wù)。”因此，GE在研發(fā)電池的同時(shí)，也設(shè)計(jì)了高效的電池制造流程和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略。
這其中，重要的一步是在2007年并購(gòu)了英國(guó)研發(fā)公司——Beta R&D。由于該公司積累了大量的電池中試生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，此次并購(gòu)也減輕了GE科學(xué)家將產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室推向生產(chǎn)線的壓力，加速了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
2010年，鈉鹽電池項(xiàng)目獲得GE年度大獎(jiǎng)——Whitney技術(shù)成就獎(jiǎng)。該獎(jiǎng)項(xiàng)以知名化學(xué)家Willis R. Whitney命名，他也是GE全球研發(fā)中心首任負(fù)責(zé)人。獲得Whitney獎(jiǎng)代表著這項(xiàng)技術(shù)是GE全球研發(fā)中心眾多項(xiàng)目中最有前景的方向之一。獲此獎(jiǎng)項(xiàng)的也包括GE中國(guó)研發(fā)中心的Durathon研究小組。
從2007年開(kāi)始，GE中國(guó)研發(fā)中心的科學(xué)家參與到Durathon鈉鹽電池技術(shù)的開(kāi)發(fā)中。利用自身電化學(xué)方面的優(yōu)勢(shì)，他們通過(guò)優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、改進(jìn)核心部件以及優(yōu)化電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制，提供了很多原創(chuàng)性新技術(shù)，有效提高了電池的功率密度和安全性能。同時(shí)，他們還配合全球研發(fā)中心，共同攻克了很多技術(shù)難關(guān)，如電池失效機(jī)理的分析和預(yù)防、電池管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及批量生產(chǎn)的流程優(yōu)化等等。
“中國(guó)研發(fā)中心的執(zhí)行力很強(qiáng)，體現(xiàn)出了‘中國(guó)速度’?！秉S群健告訴記者，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的價(jià)值不僅僅是打開(kāi)一項(xiàng)新業(yè)務(wù)，也培養(yǎng)了一個(gè)新的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，其價(jià)值遠(yuǎn)高于產(chǎn)品在短期內(nèi)帶來(lái)的利潤(rùn)。
目前，GE中國(guó)研發(fā)中心已經(jīng)建立起了從單電池到多電池的測(cè)試能力，且單體電池測(cè)試能力達(dá)到130千瓦。將來(lái)在同中國(guó)客戶對(duì)接時(shí)，該中心還能夠根據(jù)客戶要求進(jìn)行本地測(cè)試。
如何成就10億美元
對(duì)于伊梅爾特10億美元年產(chǎn)值的期望，美國(guó)Lux Research公司電池市場(chǎng)推廣專家Brian Warshay認(rèn)為：“在我看來(lái)當(dāng)然是可信的?！?/FONT>
目前，尼日利亞已經(jīng)向GE采購(gòu)了6000塊Durathon電池，明年將用于手機(jī)信號(hào)發(fā)射塔。另外，美國(guó)的風(fēng)電場(chǎng)和配電網(wǎng)也向GE發(fā)來(lái)訂單。但伊梅爾特表示，GE會(huì)將運(yùn)用范圍從電信擴(kuò)展到新領(lǐng)域，如新一代高能效汽車、火車機(jī)車和礦用車輛等。
目前，車用電池以鋰電池為主，但存在能量密度低、成本高、安全性差等問(wèn)題，而且鋰電池在室外低溫條件下很難充電。
“尤其在機(jī)車的條件下，鉛酸、鎳氫、鋰電池等都存在各自的缺陷?！秉S群健表示，鈉鹽電池如能夠提高功率，則可彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)，成為移動(dòng)終端的理想電源。
不過(guò)，目前第一代Durathon電池相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)正是功率密度?！艾F(xiàn)在的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)就是高功率鈉鹽電池，從技術(shù)儲(chǔ)備和成熟度來(lái)看，我們正在一步步向生產(chǎn)靠近?！秉S群健說(shuō)。
黃群健還指出，GE的商業(yè)體系不僅限于電池開(kāi)發(fā)，還包括整個(gè)系統(tǒng)和解決方案以及從電池衍化出來(lái)的其他技術(shù)，如電池管理系統(tǒng)、電力電子技術(shù)、電池封裝技術(shù)等。
實(shí)際上，包括中國(guó)企業(yè)在內(nèi)，很多公司也在進(jìn)行鈉鹽電池的開(kāi)發(fā)。對(duì)此，黃群健表示：“做到10億美元的業(yè)務(wù)需要耐心和基礎(chǔ)，GE此前在這方面有很強(qiáng)的技術(shù)積累，絕不僅僅是10年的時(shí)間?！?/FONT>
伊梅爾特也表示：“這種新電池成分很簡(jiǎn)單，但從設(shè)計(jì)和科學(xué)的角度來(lái)看，非常先進(jìn)?！睋?jù)悉，鈉鎳電池技術(shù)包含了30項(xiàng)專利。
（轉(zhuǎn)載）
