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底特律电池展:令电池更安全耐用仍是业界议题

近期在美国底特律举行的电池展(Battery Show)触及众多业界议题,包括开发现代蓄电池所遇到的挑战。场内也有一些参展商侃侃而谈,对旗下产品信心十足。

照片: 电池供应商积极改良电池。(Shutterstock.com)
电池供应商积极改良电池。
照片: 电池供应商积极改良电池。(Shutterstock.com)
电池供应商积极改良电池。

在底特律电池展上,一些出席者指出,储能技术的发展比其他技术缓慢,电池行业仍在等待下一个重大突破。虽然数家参展商凭着具有革新潜力的新式电池系统大受参观者注意,但这次展会的焦点还是为现有的电池种类找出进一步改良增效的方法。

Fedco Batteries是一家总部位于威斯康辛州的电池公司,区域营业经理Steven Butzen指出:「电池技术不断演进,但就每单位体积的容量而言,发展速度却非常缓慢,可能要多年后才会出现下一个突破。」在这样的氛围下,大多数参展商都集中探索如何彻底发挥现有电池技术的潜力,或将行之有效的电池种类应用于新领域。

今届电池展,很多业者都谈到另类电池如何提高性能。Alium Batteries总部设于伊利诺伊州,其美国中西部营业经理Martin Smego说:「人们倾向使用磷酸锂铁电池替代密封铅酸电池。前者虽然贵2至3倍,但寿命却长10倍之多,容量也更大,因此实际价值较高。」

磷酸锂铁电池的售价较高,或许会令一些消费者却步,但是Smego认为这种电池利多于弊:「譬如说,那边放着的看来是汽车电池,你花100美元便买得到,我们的电池则要350美元。不过,铅酸汽车电池每2至3年便要更换,我们的电池却可以一直用到汽车寿命完结为止。」

Alium在穿戴式科技等专业应用方面的业务增长理想。这类科技对电池设计有独特需求,必须尽量减少重量,增加容量,同时要让穿戴者感到舒适。Smego说:「世界上只有少数业者可以生产定制形状的锂聚合物电池,通常是用于穿戴式科技。

「我们为Bose供应一款弯形电池,因为他们想充分善用空间。一般来说,锂聚合物电池都是棱柱形或长方形的,这从机械角度来说很难改变。」

纽约的Urban Electric Power是另一家为现有技术找到新用途的参展商。该公司是一家新成立的初创企业,正寻求打入日趋兴旺的家用储能市场,就特斯拉(Tesla)的热门家用电池Powerwall提供一款替代产品。营运副总裁Ann Marie Augustus解释说:「我们正在开发一个二氧化锰锌充电系统。你可能很熟悉劲量(Energiser)或金霸王(Duracell)等即弃电池,也就是跟遥控器或儿童玩具所用的电池相同,但我们的创新之处在于能够充电。」

Augustus表示,使用该公司的充电系统作家用储电有两大好处:「一般来说,碱性电池较为安全。锂离子易燃,人们在家居使用时,可能会不放心把锂离子电池放在车库,有火警风险,但碱性电池没有这方面的问题。

「它还具有显著的成本优势。锌和二氧化锰的供应非常充足,且在即弃电池市场中已有现成供应链,我们可以善加利用。」

Urban Electric的系统存在某些缺点,但对宽敞的美国居所来说并非什么大问题。Augustus说:「我们的电池容量与锂不同,后者的能源密度仍然较高。不过,电池的一大要点是安全,而且就算它的体积像小型冰箱那么大,用家都不会介意,因为他们可以把它放在车库里。所以我认为碱性电池仍具竞争力。」

化危为机

人们对储能的需求越来越大,有关技术的性能被推到极限,有时甚至会带来灾难性后果。近年,社会出现不少和电池有关的严重意外,令消费者和监管机关更加关注电池过热和着火的危险,涉及的领域包括智能手机、电子烟设备及飞机航班等。

照片: Allcell的相变复合技术。
Allcell的相变复合技术。
照片: Allcell的相变复合技术。
Allcell的相变复合技术。
照片: BrightVolt的超薄电池
BrightVolt的超薄电池
照片: BrightVolt的超薄电池
BrightVolt的超薄电池

今届,数家参展商都以解决电池过热问题为焦点,芝加哥的Allcell是其中之一。主席兼行政总裁Said Al-Hallaj说:「我们能确保电池安全。我们拥有一种相变复合材料(Phase Change Composite)技术,意思是把电池放入石墨和石蜡(像铅笔和蜡笔)里。这种材料的设计概念是在电池失效时它会很快融化,然后被蜡吸收,就像柠檬水里的冰一样。」

尽管这项技术是为军方而开发,但该公司的目标对象是底特律的一般居民。Al-Hallaj认为,在一些强制规定须取得安全认证的应用领域中,该技术的发展前景最为可观:「我们的最佳市场是那些须通过安全规定的客户。他们要证明电池具有故障保护功能,不会出现热失控蔓延情况。

「举例说,若你要把电池用于某种特定用途,便必须获得保险商实验室(Underwriters Laboratories)的认证,其中一个测试便是热失控。汽车、航空航天,以至医疗用途都需要这方面的认证。」

除了加强管制某些应用领域的电池外,电池供电产品的分销方式同样令人注视,尤其是电子商务采用的邮寄送货模式。Fedco Batteries 的Butzen说:「你可以将1枚电池放进UPS邮袋中,但如果放置2枚,那就是一个电池包,要通过UN38.3运输认证,当中涉及一系列测试,包括高度模拟、冲击、振动、热力等,获得认证后才可以放入邮袋内。」

潜在突破

从今届展会可见,业界的整体大趋势仍是降低安全风险、把现有技术应用于新领域,以及竭力提升效能,但是也有一些突破创新的端倪。BrightVolt是一家以华盛顿州为总部的公司,副总裁Salil Soman谈到他们有一项足以带来重大变革的技术。

Soman表示,他们开发了一种革命性的电池设计和制造方法,可令锂聚合物电池变得安全。他说:「我们以固态聚合物取代锂离子电池中的电解质,适合应用在一些安全攸关的领域,例如汽车和航空。我不能透露我们正与谁商谈,但每家主要业者都表示有兴趣。」

加州的Battery Streak是另一家表示拥有突破性技术的参展商,总裁David Grant的态度较为开放,他对公司的产品作出一些大胆的介绍:「我们生产的电池,充电速度非常快,比手机充电快20至30倍,而且不会发烫。

「我们这里有一个示范。你看这枚电池已差不多完成充电,本应处于最热的状态,可是实际上却比人的体温还低。充电所需时间不到10分钟,适用于电动工具、手机,将来甚至连汽车也可以,也是10分钟内便可完成充电。」

这种极致的性能优势涉及完全不同的技术。Grant说:「这是一种纳米结构材料。我们可以把它想像为一块海绵,其小孔大约在20至50纳米之间,而头发则大约为20万纳米。这使电解质和电极之间非常紧密,因此离子不会移动得很远。

「另一方面,当离子嵌入和脱嵌时,由于储能机制是表面电荷,就像电容器一样,因此没有化学相位变化产生热量问题,也不会磨损材料。由于没有相位变化,没有热量,也没有材料磨损,所以生命周期便很长。」

与现有电池相比,Battery Streak的创新电池有利有弊。目前,这款电池的成本极高,每枚约1,000美元。该公司创立未久,尚未获得规模经济效益。另一个缺点是能量密度,Grant说:「从物理角度来说,所有东西都是有代价的,我们的电池也一样,缺点是能量密度大约是传统锂离子电池的一半。因此,我们的目标市场是一些不太注重电池大小,但讲求充电快捷的应用领域,例如一些需要每天24小时运作的设备。」

照片: 底特律电池展2019:把各种蓄电池技术兼收并蓄。
底特律电池展2019:把各种蓄电池技术兼收并蓄。
照片: 底特律电池展2019:把各种蓄电池技术兼收并蓄。
底特律电池展2019:把各种蓄电池技术兼收并蓄。

底特律电池展2019已于9月10至12日在Suburban Collection Showplace举行。

特约记者 James O’Donnell 底特律报道

资料提供 图片:香港贸发局经贸研究
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