中國儲能網(wǎng)訊：GE科學家多年研發(fā)的Durathon鈉鹽電池走出實驗室，走向市場。
最近，通用電氣（GE）公司宣布再投入7000萬美元擴建位于美國紐約的電池工廠。經(jīng)過多年研發(fā)，GE研發(fā)的Durathon鈉鹽電池技術已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化。
GE董事長兼首席執(zhí)行官伊梅爾特認為，這項新業(yè)務有望在幾年后為GE帶來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：一個四五十人的研發(fā)團隊堅持10年投入其中，其代價相當于一個年收入在1400億美元以上的AAA級公司的資金和技術支持。
近日，GE中國研發(fā)中心電化學技術實驗室經(jīng)理黃群健博士向《中國科學報》記者介紹，中國科學家在其中提供了很多原創(chuàng)性技術。
鈉鹽電池優(yōu)勢多
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。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爭，全生命周期的經(jīng)濟性則更強。而同鋰電池相比，鈉鹽電池不存在發(fā)生起火爆炸的危險。
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，運行溫度在300攝氏度左右。鈉硫電池制造生產(chǎn)時需要在負極室直接填充鈉金屬，高溫下易燃。但據(jù)黃群健介紹，鈉鎳電池在制造時不存在鈉金屬，相對更為安全。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化為氯化鈉。
目前，作為一種高能量密度電池，用于儲能和備用電源的Durathon電池已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化。據(jù)GE 運輸集團總裁兼首席執(zhí)行官羅瀾索（Lorenzo Simonelli）介紹，下一步將拓展在軌道交通、礦用車輛和船舶領域的混合動力方面的應用。
實際上，GE看中鈉鎳電池的初衷就是用于機車供能。
據(jù)黃群健介紹，北美市場上柴油機車較為普遍，但目前還沒有一項電池技術能滿足其電氣化的需求。因此，2001年前后，GE評估了各種電池，最后選中了鈉鹽電池，至今已開展了10年的研發(fā)工作。
中國科學家功不可沒
鈉鎳電池的概念最早在上世紀70年代由南非科學家提出，后來也曾有過小規(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)定團隊，美國、印度、中國研發(fā)中心的科學家都參與其中。
而作為重點方向，鈉鹽電池還獲得了伊梅爾特的CEO專項基金持續(xù)支持。伊梅爾特評價稱：“我們不僅僅發(fā)明了一種新電池，更是創(chuàng)造了一項新業(yè)務。”因此，GE在研發(fā)電池的同時，也設計了高效的電池制造流程和市場開發(fā)戰(zhàn)略。
這其中，重要的一步是在2007年并購了英國研發(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，此次并購也減輕了GE科學家將產(chǎn)品從實驗室推向生產(chǎn)線的壓力，加速了產(chǎn)業(yè)化進程。
2010年，鈉鹽電池項目獲得GE年度大獎Whitney技術成就獎。該獎項以知名化學家Willis R. Whitney命名，他也是GE全球研發(fā)中心首任負責人。獲得Whitney獎代表著這項技術是GE全球研發(fā)中心眾多項目中最有前景的方向之一。獲此獎項的也包括GE中國研發(fā)中心的Durathon研究小組。
從2007年開始，GE中國研發(fā)中心的科學家參與到Durathon鈉鹽電池技術的開發(fā)中。利用自身電化學方面的優(yōu)勢，他們通過優(yōu)化電池結構設計、改進核心部件以及優(yōu)化電化學反應機制，提供了很多原創(chuàng)性新技術，有效提高了電池的功率密度和安全性能。同時，他們還配合全球研發(fā)中心，共同攻克了很多技術難關，如電池失效機理的分析和預防、電池管理系統(tǒng)的優(yōu)化設計，以及批量生產(chǎn)的流程優(yōu)化等等。
“中國研發(fā)中心的執(zhí)行力很強，體現(xiàn)出了"中國速度"。”黃群健告訴記者，開發(fā)新產(chǎn)品的價值不僅僅是打開一項新業(yè)務，也培養(yǎng)了一個新的研發(fā)團隊，其價值遠高于產(chǎn)品在短期內(nèi)帶來的利潤。
目前，GE中國研發(fā)中心已經(jīng)建立起了從單電池到多電池的測試能力，且單體電池測試能力達到130千瓦。將來在同中國客戶對接時，該中心還能夠根據(jù)客戶要求進行本地測試。
如何成就10億美元
對于伊梅爾特10億美元年產(chǎn)值的期望，美國Lux Research公司電池市場推廣專家Brian Warshay認為：“在我看來當然是可信的。”
目前，尼日利亞已經(jīng)向GE采購了6000塊Durathon電池，明年將用于手機信號發(fā)射塔。另外，美國的風電場和配電網(wǎng)也向GE發(fā)來訂單。但伊梅爾特表示，GE會將運用范圍從電信擴展到新領域，如新一代高能效汽車、火車機車和礦用車輛等。
目前，車用電池以鋰電池為主，但存在能量密度低、成本高、安全性差等問題，而且鋰電池在室外低溫條件下很難充電。
“尤其在機車的條件下，鉛酸、鎳氫、鋰電池等都存在各自的缺陷。”黃群健表示，鈉鹽電池如能夠提高功率，則可彌補上述缺點，成為移動終端的理想電源。
不過，目前第一代Durathon電池相對薄弱的環(huán)節(jié)正是功率密度。“現(xiàn)在的開發(fā)重點就是高功率鈉鹽電池，從技術儲備和成熟度來看，我們正在一步步向生產(chǎn)靠近。”黃群健說。
黃群健還指出，GE的商業(yè)體系不僅限于電池開發(fā)，還包括整個系統(tǒng)和解決方案以及從電池衍化出來的其他技術，如電池管理系統(tǒng)、電力電子技術、電池封裝技術等。
實際上，包括中國企業(yè)在內(nèi)，很多公司也在進行鈉鹽電池的開發(fā)。對此，黃群健表示：“做到10億美元的業(yè)務需要耐心和基礎，GE此前在這方面有很強的技術積累，絕不僅僅是10年的時間。”
伊梅爾特也表示：“這種新電池成分很簡單，但從設計和科學的角度來看，非常先進。”據(jù)悉，鈉鎳電池技術包含了30項專利。
