愛迪生120年前發明的氫氣電池：如今終於取得認可

在19與20世紀之交時，托馬斯·愛迪生髮明了一款可以產生氫氣的電池。而在120年後的今天，這款電池終於取得了人們的認可。

在美國紐澤西州西奧蘭治的一條碎石路上，一輛電動汽車從行人身邊飛馳而過。車子寬敞的內部空間顯然令一些人驚詫不已。它的速度是當時傳統車型的兩倍，捲起的塵土高高揚起，使街上拉車的馬匹忍不住皺了皺鼻子。

以上場景發生在20世紀初，而這輛車的主人便是托馬斯·愛迪生。雖然電動汽車在當時已不是什麼新鮮事物，但大多數都依賴沉重、笨拙的鉛酸電池。愛迪生則在自己的車上裝了一款新型電池，並且希望這種電池不久便能為美國各地的車輛供電。這款新電池屬於鎳鐵電池，最早由瑞典發明家恩內斯特·瓦爾德馬爾·揚格納於1899年申請專利，後經愛迪生改進並用在了汽車上。

愛迪生稱，這款鎳鐵電池極其耐用，並且充電速度是鉛酸電池的兩倍。他甚至與福特汽車達成了協議，準備生產這款據他所稱效率更高的電動汽車。

但鎳鐵電池的確存在一些問題。它的體積比當時使用得更廣泛的鉛酸電池要大，價格也更昂貴。並且它在充電時會放出氫氣，這樣既麻煩又危險。

不幸的是，等到愛迪生改進了自己的原型設計時，電動汽車已經逐漸被續航更久的化石燃料汽車取代。愛迪生與福特汽車的協議也就此擱淺。不過他的電池後來在其它方面得到了應用，比如鐵路信號燈。在這些地方，這款電池的龐大體積就不是個問題了。

但等到一個多世紀之後，工程師們便會發現，鎳鐵電池身上其實隱藏著巨大潛力。如今，人們正對它展開研究，希望它能解決風能和太陽能等可再生能源供應不穩、斷斷續續的問題。此外，它的副產物氫氣一度令人頭疼，如今看來卻可能是這款電池最大的用處之一。

愛迪生120年前發明的氫氣電池：如今終於取得認可 — 產生氫氣一度是愛迪生電池的一大危險之處，如今卻發揮了巨大作用。

大約2015年前後，荷蘭代爾夫特理工大學的一支研究團隊基於鎳鐵電池產生的氫氣、偶然為該電池找到了一種用武之地。在電池充電過程中，電流從電池中通過時會經歷一種化學反應，生成氫氣和氧氣。該團隊認為，該反應與用水生成氫氣的反應、即電解水反應類似。

「在我看來，其中的化學原理是相同的。」該團隊帶頭人弗科·穆爾德指出。水的分解反應是產生氫氣燃料的一種途徑，並且只要驅動該反應的能量也由可再生能源產生，氫氣就是一種百分之百的清潔能源。

穆爾德和他的團隊還吃驚地發現，鎳鐵電池的電極開始分解水後，電極儲存的能量竟然變得比開始生成氫氣前還要高。換句話說，當鎳鐵電池同時被用作電解裝置時，它就變成了一台性能更加優秀的電池。他們還驚訝地發現，該電池的電極可以很好地承受電解反應，而在傳統電池中，電解反應往往會令電池遭受嚴重耗損。「另外，我們對該電池在上述過程中的能量效率也十分滿意，可以達到80%-90%。」穆爾德指出。

穆爾德將他們的作品稱作「電池電解器」（battolyser），希望此次發現能有助於解決可再生能源的兩大主要挑戰：儲能能力，以及當電池充滿時製造清潔能源的能力。

「我們經常聽到各種各樣關於電池和氫氣的討論，」穆爾德指出，「這兩個方向之間一直存在某種競爭關係，但我們其實二者都需要。」

可再生價值

風能和太陽能等可再生能源最大的挑戰之一在於，它們提供的能量總是難以預測、斷斷續續。例如，太陽能在白天和夏季提供的能量容易過剩，在夜間和冬季則又常常不足。

鋰電池等傳統電池可以在短期內儲存能量，但一旦它們充滿了電，就必須將過剩能量釋放出去，否則便會過熱、產生耗損。而相比之下，鎳鐵電池電解器即使在充滿電後仍可保持穩定，只是繼續充電時會開始產生氫氣而已。

「鎳鐵電池持久耐用，承受充電不足和過度充電的能力都比其它電池強。」英國拉夫堡大學機械、電氣與製造工程學院助理研究員約翰·巴頓指出，他也在對電池電解器展開研究，「通過產生氫氣，電池電解器儲存能量的時間可以長達數天、甚至數月之久。」

除了產生氫氣外，鎳鐵電池還有其它一些有用的特徵。首先，它們無需經常維護。愛迪生在他的早期電動汽車上便已證實，鎳鐵電池極為持久耐用，有些已經連續使用了40年。此外，鎳和鐵這兩種金屬也比傳統電池使用的金屬更加常見。這意味著鎳鐵電池電解器對於可再生能源還有另一重意義：有助於提高利潤率。

和其它所有行業一樣，可再生能源的價格也由供求關係決定。例如在陽光燦爛的日子裡，太陽能可以提供充足的能量，造成能源價格下跌。而鎳鐵電池電解器則有助於「削峰填谷」，使這條價格曲線變得平滑一些。

「當電價較高時，可以讓電池放電；而當電價較低時，則可以給電池充電、併產生氫氣。」穆爾德指出。

能實現這一功能的不僅僅是鎳鐵電池電解器，較為傳統的鹼性電池也可以做到這一點，並且在氫氣製造業中已經得到了廣泛運用。不過穆爾德認為，鎳鐵電池電解器的耐久性更強，因此成本更低、使用時間更長。電池電解器的支持者們也因此感到信心滿滿。

此外，雖然鎳鐵電池電解器的直接產物是氫氣，但也可以生成其它物質，比如氨氣或甲烷，這些比氫氣更易於儲存和運輸。「如果安裝了一台電池電解器，氨氣廠就可以持續運作，所需人工也會更少，進而減少運維成本，因此生成氨氣是在可持續前提下最划算的一種選擇。」穆爾德電池電解器的投資人、Proton
Ventures公司董事長漢斯·弗里安霍夫指出。

擴大規模

目前最大的鎳鐵電池容量和功率分別為15KW和15kWh，容量和長期氫氣儲量可以為1.5戶家庭供電。另外，荷蘭埃姆斯哈文發電廠正在籌建一台30kW/30kWh的鎳鐵電池電解器，未來產生的氫氣足以滿足電廠所需。

一旦鎳鐵電池電解器在該發電廠通過了嚴格測驗，下一步就是進一步提高規模、分銷給綠色能源提供商，如太陽能和風能發電場等等。電池電解器支持者的終極目標是希望它們可以達到吉瓦級別，相當於400台公共事業規模的風力發電機的總產能。不過除了增加規模之外，巴頓認為小型電池電解器也能發揮用武之地，可以為不依賴主供電網的偏遠社區使用的微型電網供能。

電池電解器的電極均由相對比較便宜和常見的金屬製成，這也是它的有利之處。並且與鋰不同，鎳和鐵在開採過程中不會產生大量廢水，也不會導致嚴重的環境破壞。