美开发神奇液流电池！既能加油又能充电，或带来电动车范式转变？

你能想象使用“汽油电池”，可以给“汽油”充电的电动汽车吗？你可以给它加满油，跑上2000公里，酣畅淋漓，但悲剧随之而来，你竟然来到了一个没有加油站的地方，不过这没关系，你可以找一个充电桩插上，直接给“油”充电，很快你的车就会满血复活了。怎么样？是不是很神奇？

这是美国军方正在推动的一个项目，我们可以设想一下，未来什么都是电动了，电动汽车，电动飞机，交通运输的范式完全改变，从化石燃料转型到电能，所有的一切，基础设施，人员技术，甚至人们的观念都会完全改变，军队的汽车、坦克、装甲车、火炮等装备怎么办？专门保留一套独立于民用的油料系统，技术和基础设施？人财物代价恐怕极为高昂吧？

直接用电动的，充电怎么办？特别是战争期间，密集大规模地使用，很多时候又是在荒无人烟的野外，如何保障快速的电力供应？而且一发炮弹，甚至一颗子弹命中锂离子电池怎么办？那场景实在太美，我都不忍卒看了！

美国国防高级研究计划局（DARPA）战略技术办公室已经未雨绸缪，开始思考这个严峻的问题了，其中的一个解决方法就是，改变电动车辆的电池，让它像汽车的油箱一样，只是里面装的是可以充电的“油”，既能大规模快速加油，又能随时给它充电，这样就可以多管齐下，保障未来战场的“电油”供应了。然而要做到这一点可不容易，因为你需要让电池系统足够小，但能量密度却足以提供汽油的续航里程和快速补充。

一家名为因弗鲁特能量（Influit Energy）的初创公司，得到了美国军方及能源部的资助，开始研究这种“汽油电池”——纳米电燃料电池，希望从2030年开始，在军队部署全电动的补给车，2050年部署全电动战术车辆，同时将这项技术推广到广泛的民用领域。

因弗鲁特采用的纳米电燃料电池听起来很高大上，实际上它还有个通俗的名称——液流电池，早在1879年就有人申请过专利，1950年代就有人生产出来，并发展出多种材质多种形式的液流电池。2022年，中国大连一家电站开始运营400兆瓦时的钒液流电池，成为当时世界上功率最大、容量最大的液流电池储能调峰电站。

那么液流电池究竟是怎么回事呢？

液流电池既是燃料电池又是电化学电池，它最大的特点就是需要两个容器来装电解质，然后在发电区通过离子交换放电或充电。所以液流电池的容量取决于容器大小，容器越大，储存的电量越多，由于电解液可以随时更换，所以它的使用寿命理论上是近乎无限的，具有安全、稳定、持久、易于充电的优点。

不过传统的液流电池有一个极大的缺点，那就是它的能量密度只有锂离子电池的10%，因为水中能够溶解的盐毕竟是有限的，这样的电池你把它装到电动车上，就相当于用柴火烧锅炉让汽车跑，显然不怎么行得通。

2009年，美国阿贡国家实验室和伊利诺伊理工学院的团队发现，既然水溶液中溶解不了那么多盐，那把盐换成悬浮的纳米颗粒，不就可以提高液流电池的能量密度了吗？经过实验，研究人员发现用廉价矿物制成的纳米颗粒阴阳极，比如氧化铁和γ晶型二氧化锰，其能量密度已经接近锂离子电池了，并且可以在-40℃到80℃的宽温度范围内工作。

2013年，该团队获得了美国能源部高级研究计划局的资助，成功研发出1千瓦时的纳米电燃料电池原型，之后几位主要研究人员成立了因弗鲁特能量公司，开始继续改进电池技术、架构及充电和输送系统，并希望将技术商业化。

目前因弗鲁特正在开发能量密度为550-850瓦时/公斤的纳米电燃料电池，充电次数高达10000次以上，而目前传统的锂离子电池能量密度大约在200-350瓦时/公斤，充电次数在1000次到3000次左右，看起来非常有希望。

因弗鲁特公司声称，他们现阶段的纳米电燃料电池，用于电动汽车的成本大约是130美元/千瓦时，略低于锂离子电池的138美元/千瓦时。按典型电动汽车电池400升体积来算，如果纳米粒子占总重量的30%，续航只有105公里，占到50%的话，续航可达362公里，和现有锂离子电池已经差不多了，如果占80%，则续航高达724公里，已经超过锂离子电池了。目前他们已达到了50%的目标，并且80%的已经在测试了。

最令人惊讶的是，因弗鲁特称他们下一代电池的成本将降低到50-80美元/千瓦时，但能量密度会提高到现在锂离子电池的5倍，这意味着续航里程也将达到现在电动汽车的5倍，2000公里以上，这完全就是碾压了！

不仅如此，这种纳米电燃料，从本质上来说是安全的，不会着火，在视频中，他们甚至演示了用这种燃料去灭火。这种燃料也不会有电磁干扰，可用在电动飞机上，也不会散发什么热量，可以让部队更加安全地机动，敌人也更难以发现。然后用油罐车运输或管道输送的时候，即使翻车或管道破裂，它也会自然风干，你甚至可以把它们回收起来重新利用。

所以看看，电池和电解液分开，方便储存和运输，可以像油料一样大规模使用，能量密度和寿命还高得惊人，可以像加油一样快速加满，又能直接在车身上充电，续航里程惊人，还非常安全，子弹炮弹击中都不会起火燃爆，纳米电燃料电池似乎就是为未来电气化军队量身定制的，并且在民用领域也有着无限美好的潜在前景，但它真的能带来电动车和储能领域的革命性改变，一统电动车的江湖吗？

这恐怕很难，目前电动汽车领域已是锂离子电池的天下，所有基础设施、技术及各种优化改进，都是围绕一体化电池来的，相当于形成了一种电动交通的范式，并正在逐渐取代“古老”的化石燃料范式。即使改进和升级，也是在锂离子电池或差不多形式的钠离子、石墨烯中进行，并且已接近质的飞跃，比如丰田、松下等已经准备量产更上一个台阶的固态电池了。

纳米电燃料电池则完全是另起炉灶，几乎需要重新建立一整套的技术、供应链和基础设施，并且推翻现有的市场，难度恐怕不是一般地大，几乎是不可能完成的任务。

但纳米电燃料电池如果本质上真的优于锂离子电池的话，可能还是有一定的希望，何况它还有三个巨大的优势，一是在军事领域，二是在储能领域，三是可利用现有的油料系统。如果锂离子电池在军事领域，无法为交通运输做好准备，在需要绝对安全的飞机上又无法让人绝对放心，而在大规模储能上，它又处于天然的劣势，这些都可能让范式转变再一次发生，只是这一次，被取代的有可能是这位新晋霸主了。