身邊不用電的東西越來越少，充電線越來越多，“電池的續(xù)航”已經(jīng)成為了全球范圍內(nèi)的一個(gè)現(xiàn)象級(jí)的痛點(diǎn)。要解決這樣的痛點(diǎn)，就需要一場(chǎng)現(xiàn)象級(jí)的革命，QZ 一篇巨長(zhǎng)的文章詳述了這場(chǎng)革命的誕生。
主角是華人科學(xué)家蔣業(yè)明，他是 2000-2010 年全球頂尖一百材料學(xué)家名人堂上的科技名人，全球總排名 66 位。他創(chuàng)辦的鋰電池企業(yè) A123 于 2009 年 IPO，盡管短短三年后公司宣告破產(chǎn)，絲毫無(wú)損蔣業(yè)明在業(yè)界的聲望和地位。
蔣業(yè)明其人
蔣業(yè)明出生在臺(tái)灣，父親是一名機(jī)車工程師。6 歲時(shí)，蔣業(yè)明的父親將他帶到了美國(guó)。白駒過隙，他被 MIT 錄取，在學(xué)校結(jié)識(shí)了日美混血的發(fā)妻，于是扎根在了 MIT。蔣業(yè)明在 MIT 的平臺(tái)上與風(fēng)投資本合作，先后創(chuàng)辦了 4 家初創(chuàng)公司，其中最近的一家就是做電池的 24M。
如今，57 歲的蔣業(yè)明留著灰白寸頭，喜歡穿藍(lán)色長(zhǎng)袖襯衫。說話輕柔，總是在一句話結(jié)尾時(shí)露出兩排白色的牙齒。他現(xiàn)在住在波士頓周邊的一個(gè)農(nóng)場(chǎng)，養(yǎng)著蜜蜂和雞，有時(shí)也去附近打獵捕魚。
磁帶生產(chǎn)線竟然能用來生產(chǎn)鋰電池
在美國(guó)密歇根州，XALT 運(yùn)作著一家最現(xiàn)代、高效的電池廠，投資了 3 億美元；特斯拉在內(nèi)華達(dá)州的鋰離子電池廠更是花費(fèi)了 50 億美金。盡管生產(chǎn)商不愿透露，分析師稱鋰離子電池組的成本大約是 500 美元/千瓦時(shí)，那 500 美元里，有 150 美元用在原材料上，另有 200 美元用在生產(chǎn)上。而汽油的單位成本僅為電池的四分之一。
電池生產(chǎn)的高昂成本是蔣業(yè)明的創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ)，但電池廠為什么這么大，還得回到鋰離子電池的出身。這個(gè)出身竟與磁帶有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。
1990 年代初，基于磁帶和鎳鎘電池兩項(xiàng)科技，索尼做出了磁帶攝像機(jī)（Camcorder）。但是索尼明白，消費(fèi)者需要攝影，更需要便攜的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。于是，研發(fā)更小、更強(qiáng)的電池成為了當(dāng)務(wù)之急。1991 年，索尼將第一款鋰離子電池推向商用，兩年后發(fā)布的 TR1 8 毫米攝像機(jī)也就成為了世上第一款使用鋰電池的攝像機(jī)。
隨著鋰電池的需求增長(zhǎng)，如何大規(guī)模生產(chǎn)鋰電池成為了索尼面臨的新挑戰(zhàn)。此時(shí)，索尼家的另一個(gè)產(chǎn)品，體積更小的光盤，開始侵吞磁帶的市場(chǎng)。于是，索尼工廠里大批的磁帶生產(chǎn)設(shè)備開始閑置。生產(chǎn)磁帶是一套復(fù)雜的工藝：長(zhǎng)長(zhǎng)的生產(chǎn)線給膠片裹上磁性泥漿，干燥后再切成一條條細(xì)長(zhǎng)的帶子，卷起來。
似乎天意如此，這套閑置的設(shè)備竟然可以用來生產(chǎn)鋰電池。
這套設(shè)備和操作設(shè)備的人，成為了世界的鋰電池先驅(qū)。直至今天，鋰電池的生產(chǎn)流程與當(dāng)年并無(wú)太大不同。但摘去傳奇故事的光環(huán)，這些設(shè)備其實(shí)非常的笨拙——塊頭大，效率低，因此電池至今仍無(wú)法撼動(dòng)石油的地位。
最初的靈光一現(xiàn)
最初，蔣業(yè)明提出的解決方案是“液流電池”。
液流電池系統(tǒng)中通常包含兩個(gè)容器，其中儲(chǔ)存著液體化學(xué)溶劑，形成兩個(gè)次系統(tǒng)。這兩個(gè)次系統(tǒng)間的連接部分為發(fā)電區(qū)，以一個(gè)薄膜隔開。這兩種化學(xué)溶劑，從它們所在容器流動(dòng)到發(fā)電區(qū)，隔著薄膜產(chǎn)生離子交換，進(jìn)行放電或儲(chǔ)電。
增加鋰電池的容量有兩條路：一是增加電池芯數(shù)量，二是增加能量密度。增加電池芯數(shù)量的話，鎳和鈷等金屬的消耗將同比例增加，邊際成本很高。而要增加液流電池的容量只需連接更大的液體倉(cāng)，成本很低。缺點(diǎn)就是體積太大，因?yàn)橐毫麟姵氐哪芰棵芏冗h(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋰電池。
蔣業(yè)明想，為何不用鋰電池的化學(xué)成分來造液流電池呢？這種結(jié)合的產(chǎn)物將擁有比液流電池更小的體積，比鋰電池更低的生產(chǎn)成本。于是他把這個(gè)課題交給了一位本科生 Mihai Duduta，僅僅一個(gè)月后，Duhata 拿出了第一個(gè)工作原型。如此驚人的速度讓所有人吃了一驚，蔣業(yè)明隨即向投資人展示了原型，并獲得了 1250 萬(wàn)美元的投資。有了彈藥，24M 開工了。
只是，畫面太美，世界把 24M 當(dāng)成了挑戰(zhàn)風(fēng)車的唐吉坷德。
新概念走向死胡同
24M 的一個(gè)小實(shí)驗(yàn)吸引了他們的注意力。蔣業(yè)明要求團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)一些鋰離子靜態(tài)電池作為對(duì)照，結(jié)果非常令人意外。他們用液流電池的泥漿制作了一些靜態(tài)電池，并對(duì)它們進(jìn)行數(shù)百次的充放電，電池容量竟然驚人地穩(wěn)定。這一現(xiàn)象讓一些年輕的員工，包括立下汗馬功勞的 Duduta，對(duì)液流電池產(chǎn)生了懷疑。這些年輕人不像蔣業(yè)明那樣癡迷于液流電池，他們開始認(rèn)為靜態(tài)的電池才是正確的出路。
24M 液流電池的成敗，取決于能否找到合適的儲(chǔ)液罐尺寸，來使液流電池的生產(chǎn)成本降到靜態(tài)電池（static battery）之下。而直至 2010 年末，團(tuán)隊(duì)仍然沒有找到這個(gè)“盈虧平衡點(diǎn)”。兩派觀點(diǎn)各執(zhí)一詞，蔣業(yè)明不認(rèn)為“平衡點(diǎn)”是個(gè)問題，而他多年的合作伙伴 Craig Carter 卻堅(jiān)持要找到這個(gè)平衡點(diǎn)。Carter 招來一個(gè)小伙子，Jeff Disko，以不找到不罷休的精神，開始死磕各項(xiàng)參數(shù)。
接下來的兩周時(shí)間里，Disko 加班加點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，Carter 則做了個(gè)軟件，用于對(duì)電池參數(shù)進(jìn)行可視化展示。兩周后，他們終于找到了那個(gè)平衡點(diǎn)。結(jié)果是，要與化石能源競(jìng)爭(zhēng)，鋰離子液流電池將需要一個(gè)巨大的液流倉(cāng)。要多大？大概相當(dāng)于一座核電廠那么大。
這樣的結(jié)果，不但 Carter 和 Disko 不敢相信，對(duì)于整個(gè)團(tuán)隊(duì)來說都是難以接受的。他們反復(fù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，“不可能”的答案反復(fù)呈現(xiàn)。于是 2011 年初，他們舉行了一次會(huì)議，會(huì)上他們向團(tuán)隊(duì)展示了研究結(jié)果：除非是要為一座城市供能，否則還是用靜態(tài)電池比較劃算。
假如沒有磁帶，人們將怎樣生產(chǎn)鋰電池？
與許多初創(chuàng)公司一樣，當(dāng)初靈機(jī)一動(dòng)的點(diǎn)子都會(huì)死在商業(yè)化的道路上。開完會(huì)兩天后，蔣業(yè)明宣布放棄液流電池，公司將研發(fā)一種靜態(tài)電池。24M 把做過的事情歸零，思緒回到了鋰電池誕生的地方：如果索尼當(dāng)初沒有那堆閑置的磁帶生產(chǎn)機(jī)器，他們會(huì)怎樣生產(chǎn)鋰電池呢？
Duduta 戴上了黑色的橡膠手套，開始在真空盒子里手工制作電池。幾個(gè)同事也陸續(xù)加入了純手動(dòng)模式的行列，直到逐漸形成了一條手工的生產(chǎn)線。熟能生巧，到后來，他們手動(dòng)生產(chǎn)一塊手機(jī)電池大小的單元只需 6 分鐘。
經(jīng)過黑暗中的摸索，團(tuán)隊(duì)對(duì)生產(chǎn)工藝反復(fù)改進(jìn)，最終打造出了一個(gè)生產(chǎn)平臺(tái)，讓電池的能量密度和生產(chǎn)速度都發(fā)生了質(zhì)的變化。新技術(shù)讓導(dǎo)電劑保持液態(tài)，省卻了原本漫長(zhǎng)的干燥過程，使生產(chǎn)時(shí)間大大縮短。另一方面，新技術(shù)能減少電池內(nèi)部 80% 的不產(chǎn)生電能的組件，讓電池內(nèi)部空間使用率更高。
盡管產(chǎn)品與最初的概念有些出入，投資人對(duì) 24M 取得的進(jìn)展非常滿意，于是新的投資也接踵而至，讓 24M 的總?cè)谫Y額達(dá)到 5450 萬(wàn)美元。一位投資人說：他們的新電池有 50% 的機(jī)會(huì)將摩爾定律帶到一個(gè)新的領(lǐng)域（電池）。
24M 要顛覆的未來
蔣業(yè)明正在啟動(dòng) 2000-3000 萬(wàn)美元第三輪融資，新的資金將用于研發(fā)一種機(jī)器，能在 2-10 秒內(nèi)產(chǎn)出一個(gè)電池芯。這個(gè)機(jī)器不生產(chǎn)用于汽車的電池，而是用于為家庭和設(shè)施供電的固定電電池。
新機(jī)器能以 160 美元的成本生產(chǎn)任何鋰離子電池，蔣業(yè)明預(yù)測(cè)，到 2020 年這個(gè)數(shù)字還將降到 85 美元，比同時(shí)期傳統(tǒng)鋰電池低 30%（考慮傳統(tǒng)鋰電池成本的下降）。最重要的是，這套機(jī)器定價(jià)大概在 1100 萬(wàn)美元左右，因此將能有效吸引創(chuàng)業(yè)公司進(jìn)入鋰電池領(lǐng)域。
綜上，如果 24M 的機(jī)器能夠造出來，并成功推向市場(chǎng)，將帶來一場(chǎng)毋庸置疑的革命。盡管這可能把困難說得太簡(jiǎn)單，畢竟很多企業(yè)都在“造出來”和“商業(yè)化”這兩個(gè)環(huán)節(jié)倒下。
