佛林特（Flint）以紙張為基礎，致力顛覆電池產業
引言
鋰離子電池已成為電氣化革命的標準。事實上它們已經成為電池發展中不可或缺的要素，以至於從政府、汽車製造商到石油巨頭，人人都在爭相確保對這種礦物的供應。唯一的問題是，萃取鋰的過程昂貴、耗時且勞動密集，而且這種方式對環境造成了傷害。同樣的情況也存在於其他電池材料，如鎳、鈷和石墨。一些初創企業利用不同的化學組合進行拼接，試圖製造更高效、輕巧且環保的電池。通常，他們只是將一些基礎材料替換，但很少完全放棄對鋰的依賴。
但現在新加坡的初創企業佛林特（Flint）宣稱已找到一種可以用紙張替換電池中的鋰的方法。佛林特的聯合創始人卡洛·查爾斯（Carlo Charles）告訴 TechCrunch：“紙張電池對這個世界來說是非常新的技術，當前只有少數機構在研究這項技術。”查爾斯繼續說：“我們正在改變材料，以鋅、錳和纖維素紙張替代鋰、鎳和鈷的焊接。我們可以透過這三種材料改變電池的使用方式，但保持電池的製造方式。這就是我們與其他策略和電池技術相比的優勢。”
佛林特的創新
佛林特參加了 TechCrunch Disrupt 2023 新創公司戰場活動，並於 2022 年開始生產紙張電池，公司已經有了一個原型。初步測試結果令人鼓舞，現在佛林特希望找到合作夥伴，以在消費品中測試紙張電池。
紙張電池與傳統鋰離子電池的組成有所不同。傳統電池由四個元件組成：陽極（負極）、陰極（正極）、分隔層和電解質。電解質是液體材料，位於中間，其作用是充電和放電時在陽極和陰極之間運送離子。佛林特的紙張電池只有三個元件：基於鋅的陽極、基於錳的陰極和紙張分隔層。佛林特先將纖維素紙、陽極和陰極浸泡在水凝膠中，然後在真空烤箱中加熱——從而在效果上創造出了一種水凝膠增強的纖維素紙。水凝膠是一種“智慧”材料，它可以根據環境條件（如溫度、pH 值、鹽或水）改變其結構。這也是佛林特的祕密武器，因為它能夠在不使用分隔層和電解質的情況下實現陽極和陰極之間的電子傳輸。而且顯然這一方法是有效的——盡管電池的化學組成有所改變，但是電池的結構和製造過程保持不變。換句話說，查爾斯表示佛林特的紙張電池有望與現有的鋰離子電池可以互換使用。“只需要使用已經存在的技術，加入我們的組合，就可以輕鬆地擁有一條生產線，生產紙張電池。”這位共同創始人補充道。他指出，與氫能或鈉電池等其他解決方案相比，這對製造商和供應商來說非常方便，因為它們無需改變產品的製造方式。查爾斯說，佛林特之所以選擇鋅和錳而不是鋰、鈷和鎳，是因為前兩種材料更加豐富，這在討論電池行業的可持續性時非常重要。他還表示與當今電池使用的材料相比，它們也更安全，後者具有高度反應性。只需看看由於鋰離子電池引發的許多電池火災，就可以看到具有更安全的關鍵材料具有吸引力的前景。“你甚至可以在電池正在執行時切割我們的電池，它仍然可以繼續工作，而不會像我們預期鋰電池那樣過熱或爆炸。”查爾斯說道。佛林特的紙張電池還可以在-15 攝氏度到 80 攝氏度的溫度範圍內工作，這擴大了產品的應用範圍，也展示了效能不會隨著時間而下降的例子。他表示當今電池中使用的材料只能在 15 攝氏度到 35 攝氏度的範圍內工作。“鋰電池在重量、容量和體積方面確實很好，但在成本和安全性方面並不那麼高效。”查爾斯說道。佛林特的紙張電池在成本和安全性方面有所突破，而且在電壓和電流方面已經達到了鋰電池的標準。但是紙張電池的容量還有很長的路要走，才能達到鋰電池的容量。查爾斯說：“舉例來說如果把這種紙張電池卷起來裝在一個 AA 電池中，我們只能提供鋰電池能量密度的 60％至 70％左右。”他續說：“所以我們正在做兩件事情。第一是將這一數位提高到更高的標準。第二是看看是否有任何應用可以在這些數位的條件下使用，即能量密度不太重要的應用。”此外佛林特還需要改善電池的壽命才能面市。查爾斯說，一個經過 2000 次測試的鋰電池健康度會下降到 60％，而佛林特只有資源測試 1000 個生命週期，但在這些生命週期內，電池的健康度下降到 70％。查爾斯指出，鑑於佛林特的資源有限，他對自己的五名員工和四名顧問所取得的成就感到自豪。這家新創公司自籌資金 5 萬美元，新加坡政府又提供了 10 萬美元。憑藉這筆資金，佛林特成功拼裝了一間無塵室，以制造電池並對其進行測試。電池應該在壓淨乾燥的環境中製造，不允許有一絲灰塵或一點水分存在。環境條件必須精確，涉及的機器通常是自動化的。查爾斯輕鬆地形容佛林特今天生產原型的“非常開放的環境”是“制造電池的絕對禁區”。他說：“我最近去了一家電池廠，他們有一個大型糊漿機，可以將粉末變成液體，他們執行這個幾乎和我的房間一樣大的大機器，一直執行 12 個小時才能做出一個糊狀元件。”他續說：“你知道我們是怎麼製造我們的電池的嗎？我們用一個攪拌器，用手動攪拌了三個小時。即使我們所有這些都還有不錯的資料。想像一下，如果我們有了更多資源和設施。”
紙張電池的力爭突破
佛林特正處於最佳化電池化學組合的最後階段。從那時起，該公司將很快準備好進入製造和生產階段，並努力讓其他公司使用佛林特的紙張電池。
為了首次實現規模化，查爾斯表示佛林特將需要在以下三個指標中集中達到其中兩個：重量、容量和體積。如果新創公司犧牲了重量的要求，專注於降低體積和增加容量，那麼他們可以嘗試以能量儲存系統（ESS）進入市場。根據查爾斯的說法，佛林特已經與新加坡最大的 ESS 供應商之一合作。該公司也可以犧牲容量，更注重建造體積和重量更小的電池，這將成為適用於遠端感應器和可穿戴裝置的理想應用。長期來看，他們的願景是找出如何犧牲體積，增加容量並降低重量，使電池更適合電動車使用。“我們一直在與空中巴士進行交流，他們正努力實現飛機的電動化。”查爾斯說道，“從長遠來看，我們希望能夠幫助他們，製造出可以定制形狀的電池，因為這些電池是紙張且具有柔性的，可以成為機翼或整個曲線機身的形狀。”
