今年4月，教授托馬斯和他以前的兩個(gè)學(xué)生弗雷澤?休森(FraserHughson)和羅漢?博拉(RohanBorah)一起創(chuàng)辦了初創(chuàng)公司AllegroEnergy。這家初創(chuàng)公司試圖將其微乳液電池電解質(zhì)商業(yè)化，盡管其質(zhì)量主要是水，但已經(jīng)克服了通常阻礙水基解決方案的電壓限制。

電池電解液

電解質(zhì)位于電池的陽(yáng)極和陰極之間，允許離子在兩個(gè)導(dǎo)體之間通過(guò)。在電池中，電解質(zhì)通常是水基的或使用有機(jī)溶劑，這兩種形式都有各自的問(wèn)題。例如，以有機(jī)溶劑為基礎(chǔ)的溶液往往具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，但價(jià)格昂貴，并有潛在的毒性。對(duì)于水基或含水電解質(zhì)，問(wèn)題是溶液只能在1.23伏特時(shí)保持穩(wěn)定，此時(shí)水會(huì)分裂成獨(dú)立的氫和氧分子。

因此，當(dāng)南恩教授開(kāi)始把注意力放在電池存儲(chǔ)上時(shí)，他恰好遇到了這些困擾了研究人員幾十年的問(wèn)題。“有時(shí)候，我就想‘為什么不兩者兼顧呢?’”南恩教授在采訪時(shí)表示。

納米乳

當(dāng)然，微乳液并不像把洗潔精和油加到水里那么簡(jiǎn)單，而是水分子和疏水液體的結(jié)合，再加上一種表面活性劑，使這兩種通常排斥的溶劑結(jié)合在一起。基本上，這種組合是在“微觀”層面上發(fā)生的，是無(wú)法分割的。“它在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的，這讓它們很特別，這就是為什么我們可以將它們用于電池。”南恩教授說(shuō)。

南教授和他的聯(lián)合創(chuàng)始人的發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵是，如果你使用微乳液作為電池電解質(zhì)，你可以克服水煩人的1.2伏特的障礙。“這就是秘方。”南恩教授說(shuō)。

他補(bǔ)充說(shuō):“這很不尋常，通常情況下，當(dāng)你做研究時(shí)，99%的情況下你都失敗了，但這馬上就起作用了。它打開(kāi)了一個(gè)全新的研究世界。”

電解液的儲(chǔ)蓄

這個(gè)解決方案的美妙之處在于它的簡(jiǎn)單，這使得它的制造極其便宜、公平、容易，而且碳密度更低。

根據(jù)這家初創(chuàng)公司的模型，超級(jí)電容器(這是Allegro計(jì)劃關(guān)注的第一種儲(chǔ)能形式)的價(jià)格中，有70%歸結(jié)于電解質(zhì)的成本。南教授說(shuō):“目前一升或一公斤的電解液成本約為10美元，而我們的成本僅為10美分。所以它要便宜100倍。”

目前在超級(jí)電容器中使用的電解質(zhì)也是空氣敏感的，因此在制造過(guò)程中需要一個(gè)保護(hù)氣氛。“這對(duì)我們來(lái)說(shuō)沒(méi)有必要……這是制造業(yè)的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗阋说枚唷！?/p>

“我們還對(duì)制造超級(jí)帽的碳足跡做了一些估計(jì)，僅僅因?yàn)闆](méi)有那種保護(hù)性的大氣，我們就節(jié)省了約70%的二氧化碳。”南恩教授補(bǔ)充說(shuō)。

AllegroEnergy的電解質(zhì)還幫助電池克服了一個(gè)頑固的悖論，即電池既是可再生能源的助燃劑，同時(shí)又具有極高的毒性，難以回收。一般來(lái)說(shuō)，電解質(zhì)是電池中最危險(xiǎn)和最具腐蝕性的元素之一，但Allegro的微乳液電解質(zhì)組合不存在任何“問(wèn)題”，這使其符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期愿景。

用例:超級(jí)電容器

南恩教授發(fā)現(xiàn)了解決方案后，他和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始篩選不同類(lèi)型的電池，并評(píng)估在哪些地方效果最好。其中有兩個(gè)特別突出:超級(jí)電容器和氧化還原流電池。

超級(jí)電容器的工作原理與電池相似，但不涉及化學(xué)反應(yīng)。而是簡(jiǎn)單地通過(guò)物理分離電荷來(lái)儲(chǔ)存和獲取能量。

特斯拉已經(jīng)開(kāi)始將超級(jí)電容(微型)與鋰離子電池連接在一起，在鋰離子電池上滑行之前，利用超級(jí)電容產(chǎn)生加速的能量爆發(fā)。

著眼于運(yùn)輸業(yè)的潛力，Nann教授將首先關(guān)注澳大利亞最大的排放行業(yè)之一的采礦業(yè)。由于受到越來(lái)越多的審查，許多主要公司已經(jīng)開(kāi)始承諾碳減排目標(biāo)，南恩教授表示，這意味著他們所有的流程都將電氣化。當(dāng)然，這提供了巨大的潛力。

超級(jí)電容的充放電速度非常快，例如，紐卡斯?fàn)柕挠熊夒娷?chē)就使用了超級(jí)電容，它在線路上停車(chē)的20秒內(nèi)充電。與有軌電車(chē)一樣，卡車(chē)和其他采礦運(yùn)輸也遵循可預(yù)測(cè)的路線，這使得快速轉(zhuǎn)型的行業(yè)成為Allegro的完美候選。

用例:氧化還原流電池

柵極氧化還原流電池是Allegro計(jì)劃探索的另一個(gè)領(lǐng)域，無(wú)論是與超級(jí)電容器耦合，還是與電解液集成。

當(dāng)你在電網(wǎng)層面儲(chǔ)存能量時(shí)，你想要的是一種既便宜又大的東西，而氧化還原流恰好適合這一點(diǎn)。但是你從中得到的能量和響應(yīng)時(shí)間真的很糟糕……系統(tǒng)需要大約一分鐘才能對(duì)需求做出響應(yīng)。

這些緩慢的響應(yīng)時(shí)間抑制了電池對(duì)快速電涌和波谷的響應(yīng)，這對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性和頻率控制輔助服務(wù)(FCAS)市場(chǎng)的交易都是一個(gè)問(wèn)題，這已被證明是澳大利亞大型電池極其有利可圖的市場(chǎng)。

南教授說(shuō):“如果你現(xiàn)在把氧化還原流電池和超級(jí)電容器結(jié)合起來(lái)，它的響應(yīng)時(shí)間非常快，你幾乎可以對(duì)任何需求做出實(shí)時(shí)響應(yīng)。”

電池制造障礙

由于Allegro的電解液價(jià)格低廉、易于生產(chǎn)且無(wú)毒，這家初創(chuàng)公司已經(jīng)遇到了一個(gè)障礙:澳大利亞的電池生產(chǎn)能力完全不足。

在南恩教授看來(lái)，有兩種解決方案。第一個(gè)也是最不可取的是將生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到海外。

他說(shuō)：“我們正在考慮的另一項(xiàng)戰(zhàn)略是從小規(guī)模起步，然后實(shí)現(xiàn)有機(jī)增長(zhǎng)。”目前，這家初創(chuàng)公司正處于“實(shí)驗(yàn)室規(guī)模”，南恩教授希望該公司能夠逐步擴(kuò)大小規(guī)模生產(chǎn)，并隨著收入的增加而繼續(xù)增長(zhǎng)。

目前，Allegro還在尋找商業(yè)合作伙伴和合作者，這可能也會(huì)緩解一些生產(chǎn)僵局。