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这家华人担任首席科学家的初创公司,造出了颠覆性的廉价长效电池

《华尔街日报》于7月22日发表了介绍能源初创公司Form Energy的报道,该报道介绍这家公司使用的“铁空气”电池技术,这项技术一旦成功,能被用于储存再生能源发电设备的电力,并能持续放电数天。目前这家公司的投资者包括比尔·盖茨创立的投资公司。

一家成立四年的初创公司表示,它已经制造出一种廉价的电池,使用的是地球上最常见的元素之一,铁,来实现放电数日。

Form Energy的电池对于电动汽车来说太重了。但据说将能够解决可再生能源面临的最难解的问题之一:在太阳不照耀和风不吹拂的时候,廉价地储存大量的电力,为电网供电。

Photo by:kallerna via Wikimedia Commons

这家位于马萨诸塞州萨默维尔的公司的工作,长期以来一直被保密作风和不公开协议包围。但最近与《华尔街日报》分享了它的进展,并说想让监管机构和公用事业部门知道,如果一切继续按计划进行,到2025年,它的铁空气电池将能够提供价格便宜的长期电力储存法。

其金援包括突破能源基金投资公司(Breakthrough Energy Ventures),这是一个气候投资基金,背后有微软公司联合创始人比尔·盖茨和亚马逊公司创始人贝佐斯等投资人。Form公司最近启动了一轮2亿美元的融资,由炼钢巨头安赛乐米塔尔公司的战略投资基金牵头,这个公司是世界领先的铁矿石生产商之一。

Form公司的首席执行官马特奥·贾拉米洛(Mateo Jaramillo)说,公司正准备很快生产 “你需要的那种电池,让煤炭和天然气等热能资产完全退休”,他曾开发过特斯拉公司的Powerwall电池,并参与设计了一些最早的汽车动力系统。

最近,在参观Form公司没有窗户的实验室时,贾拉米洛指着装满低成本铁颗粒的桶,表示这是公司在快速发展的电池领域的关键优势。它的原型电池,绰号“大吉姆”,装满了1.8万块鹅卵石大小的灰色铁块,这是一种丰富的、无毒的、不易燃的矿物。

据分析师称,对电动汽车和当今电网级规模电池的主力军锂离子电池单元来说,所使用的镍、钴、锂和锰矿物目前每千瓦时的储存成本在50至80美元之间。

使用铁后,Form公司认为它在每块电池材料上的花费将低于每千瓦时6美元。将这些电池打包成一个完整的电池系统后,会将使价格提高到每千瓦时不到20美元,学者们说在这个水平上,可再生能源加上存储能力,可以完全取代传统的燃烧化石燃料的发电厂。

一个能够廉价放电数天的电池,一直是能源行业的一大追求,因为能解决大问题,还能创造巨大的潜在市场

监管机构和电力公司正面临着越来越大的压力,因为世界各国都在寻求减少与气候变化有关的温室气体排放,所以必须提供负担得起、可靠和无碳的电力。大多数的电力生产方法提供了三项中的两项。而长时间的电池可以使可再生能源。包括风能和太阳能,提供所有三项。

拜登政府正在推动使美国到2035年实现无碳电网的计划,一些州和电力公司也作出了类似的承诺。人们普遍认为,风能、太阳能、地热能和核能与短时锂离子电池的组合可以产生80%的电力。而最后的20%将需要某种类型的多日存储。

锂电池组。Photo by: Yo-Co-Man via Wikimedia Commons

能源部副幕僚长耶利米·鲍曼说:“前80%我们已知道技术途径,而且它也具有成本竞争力。我们也对最后一块能使用的技术有了想法。真正的问题是哪种技术将降低其成本并进入市场。”

Form的电池将与众多的其他电池技术竞争,而这正成为一个拥挤的行业,因为一系列初创公司竞相开发更先进、更具成本效益的能源储存技术。

一些公司正在向市场推出不同的电池配置,如固态设计。一些人认为抽水蓄能或压缩空气可以更广泛地用于储存能源。而欧盟正在推动使用氢气来存储和发电。

同时,其他公司正在关注碳捕捉技术,以使燃气和燃煤发电厂不再排放,这将减少对储存能源的需求。

Form Energy的铁空气电池能够吸入氧气并将铁转化为铁锈,然后将铁锈变回铁并呼出氧气,在此过程中对电池进行放电和充电。

没有参与Form Energy的清洁能源投资者拉米兹·纳姆(Ramez Naam)说,“新的存储技术像一次寒武纪大爆发(注:这次爆发促生了地球上大部分动物),从进化的意义上讲,它们并不是都能存活下来。但对投资者和社会来说,回报是巨大的,”

以前开发更好的电池的高调计划,已经从希望和炒作变成了破产。但自2017年Form公司成立以来,由于创始人的业绩记录,吸引了行业内的猜测和好奇心。创始人们包括贾拉米洛和蒋业明(Yet-Ming Chiang),后者是麻省理工的教授,他也曾联合创立了锂电池先驱者A123系统公司。

贾拉米洛获得了经济学学位和耶鲁大学神学院的硕士学位,然后转而从事了新型电池的开发。在特斯拉工作了七年多之后,他于2016年离开,去追求他在领英页面上所说的“下一件事”。他没有提供任何细节,但他想为电网建造一种廉价的电池。当蒋业明给他打电话时,他已快要签署一家新公司的融资表。

蒋业明以本科生的身份来到麻省理工学院,不到十年后就加入了该校的教师队伍。作为能源部合作的一部分,他在2012年开始研究长寿命电池。2017年,他也在研究长期电池,他和贾拉米洛先生决定一起创建Form Energy。

他们招募了其他电池行业的资深人士。蒋业明表示:“创始团队拥有100年的电池经验,我们是一代失败的电池公司的校友,还想回来继续。”

蒋业明教授 Photo by: National Transportation Safety Board via Wikimedia Commons

2018年初,他们开始了小规模的测试,这是材料学博士版本的土豆电池,使用小块的金属包裹在五金店的软管夹子里,放在半透明的量杯底部。表格测试了不同的配置:硫磺加铁、硫磺加空气、硫磺加锰和铁加空气。

到年底时,铁和空气看起来最有希望。

2020年,随着工作的快速推进,Form终于抓到了机会。它需要一种叫做阴极的关键电池部件,不透水,但可以呼吸氧气,就像用戈尔服装面料(Gore-Tex)的夹克一样。

亚利桑那州的一家电池公司NantEnergy已经花了十年时间为锌空气电池制造这样的薄膜。公司所有者陈颂雄(Patrick Soon-Shiong)是一位拥有洛杉矶时报的亿万富翁生物技术企业家,他在去年结束了业务,专注于其他投资。

Form买下了它的专利以及数以千计的阴极库存,这些阴极被放在公司大楼的一个角落里的纸板箱里。贾拉米洛先生说:”有了这些部件,我们就可以加速行动了。”

去年夏末,Form公司制造了一个一米高的电池,它被称为“瘦吉姆”,因为尺寸与一个同名的垃圾桶一样。今年早些时候,它制造了“大吉姆”,一个全尺寸的一米乘一米的电池单元。如果像预期的那样工作,20个这样的单元将被组合成一个电池。数以千计的这些电池将被串联起来,填满整个仓库,可储存数周的电力。为这些电池系统完全充电可能需要几天时间,但这些电池可以连续放电150小时。

2023年,Form公司计划推出能够连续放电6天以上的一兆瓦电池,并说正在与几家公用事业公司就电池部署进行谈判。

蒋业明是该公司的首席科学官,他说挑战在于如何利用铁、空气和水基电解质制造电池。

他说:“厨师们会告诉你,用普通的材料做一道出色的菜是比较困难的。”