澳大利亚初创公司发明了突破性的无毒电池电解液，价格“降低了 100 倍”

大约十年前，Thomas Nann 教授意识到实现零碳经济的关键不是可再生发电，这已经很好地削弱了化石燃料，而是储能——弄清楚如何使这些清洁电子可调度，可以按需召唤。

Nann 教授如今是纽卡斯尔大学数学与物理科学学院的院长，但在他的祖国德国成为了一名化学家。

4 月，他与他的两个以前的学生 Fraser Hughson 和 Rohan Borah 创办了初创公司 Allegro Energy。这家初创公司寻求将其微乳液电池电解质商业化，尽管其质量主要是水，但已经克服了通常阻碍水基解决方案的电压限制。

电池电解液

电解质位于电池的阳极和阴极之间，允许离子在两个导体之间通过。在电池中，电解质通常是水基的或使用有机溶剂。这两种形式都有各自的问题。例如，基于有机溶剂的溶液往往具有良好的电化学稳定性，但价格昂贵且可能有毒。对于水基或水性电解质，问题是溶液只能在高达 1.23 伏的电压下保持稳定，此时水会分裂成单独的氢和氧分子。

因此，当 Nann 教授开始训练他对电池存储的注意力时，他遇到的正是这些困扰研究人员数十年的问题。“在某些时候，我只是想'为什么不两者都做?'”南恩教授告诉澳大利亚光伏杂志。也就是说，为什么不以微乳液的形式制造具有水和溶剂成分的电解质。“我们完全被它的效果震惊了。”

微乳液

当然，微乳液并不像在水中加入洗碗液和油那么简单——相反，它是水分子与疏水性液体的结合，再加上一种表面活性剂，使两种通常具有排斥性的溶剂结合在一起。基本上，这种组合发生在无法分割的“微观”层面。“它在热力学上是稳定的，”Nann 教授说。“这让它们变得特别，这就是我们可以将它们用于电池的原因。”

当我问为什么这个概念从未应用于电池存储时，Nann 教授笑了——“这真是个好问题!”

“实际上，当我们首先提交专利时，专利官员回过头来对我们说'好吧，这太琐碎了'，我们正是提出了这个论点——为什么当时没有其他人这样做呢?”他说。“我认为只是没有人想到这一点。”

Nann 教授和他的联合创始人的发现的核心是，如果你使用微乳液作为电池电解质，你可以克服水的 1.2 伏障碍。“这就是秘方，”南恩教授说。

“这是非常不寻常的——通常当你做研究时，你 99% 的时间都失败了，但这很快就奏效了，”他补充道。“它开辟了一个全新的研究世界。”

电解液的节省

该解决方案的美妙之处在于它的简单性——这使得它的制造非常便宜，而且公平、更容易、碳密集度更低。

根据这家初创公司的模型，超级电容器(Allegro 计划关注的第一种储能形式)的价格的 70% 归结为其电解质的成本。“目前一升或一公斤电解液的成本约为 10 美元，我们的成本为 10 美分，”南恩教授说。

“所以它便宜了 100 倍。”

目前用于超级电容器的电解质也对空气敏感，因此它们在制造过程中需要保护气氛。“这对我们来说不是必需的……这在制造中是一个巨大的优势，因为它更便宜。”

“我们还对制造超级电容的碳足迹进行了一些估算，如果没有这种保护性大气，我们就可以节省约 70% 的二氧化碳，”南恩教授补充道。

Allegro Energy 的电解液还帮助电池克服了其顽固的悖论，即既是可再生能源的推动者，又是剧毒且难以回收的。通常电解质是电池中最危险和最具腐蚀性的元素之一，但 Allegro 的微乳液电解质组合不包含任何“问题”，使其与循环经济的长期愿景相容。

用例：超级电容器

在 Nann 教授发现解决方案后，他和他的团队开始筛选不同的电池类型并评估其最佳工作方式。有两个突出表现：超级电容器和氧化还原液流电池。

超级电容器的工作原理类似于电池，但不涉及化学反应。而是通过物理分离电荷来存储和收集能量。

特斯拉已经开始将超级电容器(很小)与汽车中的锂离子电池相结合，在使用锂离子电池之前，使用超级电容器产生用于加速的能量爆发。

南恩教授着眼于交通运输的这种潜力，告诉光伏杂志澳大利亚快板能源公司最初将专注于采矿业，这是澳大利亚最大的排放国之一。受到越来越多的审查，许多主要公司已开始致力于实现碳减排目标，南恩教授表示，这意味着所有流程都将实现电气化。当然，这提供了巨大的潜力。

超级电容器能够极快地充电和放电——例如，在纽卡斯尔的有轨电车中使用它们，该电车在其路线上停靠的 20 秒内充电。像有轨电车、卡车和其他采矿运输一样，遵循可预测的路径，使快速转型的行业成为 Allegro 的完美候选者。

用例：氧化还原液流电池

电网级氧化还原液流电池是 Allegro 计划探索的另一个领域，无论是在与超级电容器的耦合方面还是在与其电解质的整合方面。

“当你在电网层面储存能量时，你想要一些便宜又大的东西，而氧化还原流是完美的。但是你从中获得的力量和响应时间真的很糟糕……系统需要大约一分钟左右的时间才能响应需求，”南恩教授解释说。

这些缓慢的响应时间使电池无法响应快速的电源浪涌和低谷，这对电网稳定性和频率控制辅助服务(FCAS) 市场都是一个问题，事实证明，这对澳大利亚的大型电池来说非常有利可图。

“如果你现在将 [氧化还原液流电池] 与超级电容器结合起来，它的响应时间非常快，你几乎可以实时响应任何需求，”南恩教授说。

电池制造壁垒

与 Allegro 的电解质溶液一样便宜、易于生产且无毒，这家初创公司已经遇到了障碍：澳大利亚完全缺乏电池制造能力。

在 Nann 教授看来，有两种解决方案。第一个也是最不理想的是将生产转移到海外。“这是最后的手段，”他说。

“我们正在考虑的另一个策略是从小处开始并有机增长。”目前，这家初创公司正致力于“实验室规模”，“所以我们正在手工制作我们的超级电容器。”Nann 教授的希望是，该公司能够扩大到小规模生产，并随着收入的增加而继续增长。

Allegro 目前也在寻找商业伙伴和合作者，这也有可能缓解一些生产僵局。

气候发射台

Allegro Energy 是今年气候启动台倡议的八位决赛入围者之一，该倡议由澳大利亚气候 KIC 运营，该倡议是由欧盟资助的欧洲气候 KIC 的姊妹组织。

Nann 教授打趣道，该计划帮助学者团队转变为商界人士，并为其获胜者提供 50,000 美元的奖金。钱，南恩教授说，这将有助于初创公司走出实验室并进入制造领域。