電池能量密度意思的八卦，Yahoo名人娛樂都在討論

#微冷 ＢＢ槍、ＢＢ彈為什麼要叫ＢＢ？
　
各位讀者晚安。在每日一冷，Mr Holiday 曾介紹過美顏好朋友「BB霜CC霜DD霜」命名的由來。

※冷回顧由此去： www.dailycold.tw/5797/
　
但是，ＢＢ彈的ＢＢ又是什麼意思呢？這次換科宅告訴……
　
咦！有讀者搶答。從萬頭鑽動的人群中一個聲音朗聲道：

　「簡單，當然是 ball bullet，球型子彈的意思啦～～」
　「逼逼逼，答錯了。」
　「可惡。想得太單純。那一定是球形軸承 ball bearings 的意思，BB 彈和滾珠軸承很像嘛。」
　「還是錯。」不過，欸你看我的鋁合金陶瓷軸承滾珠指尖陀螺（咻咻咻咻咻～）
　
那，答案到底是什麼？
　
說破讓人失望。BB 彈的名字的最初意思，純粹是因為它是介於 B 尺寸和 BBB 尺寸之間的一種球形鉛彈而已。和 AA 電池的道理一樣。不是任何字的縮寫唷。
　
早先，散彈槍用的 BB 尺寸的圓珠鉛彈直徑是大約 4mm（多用來獵鳥，有人主張 B 是 Bird 的意思，我覺得有點鳥 🐦🐤🐦🐤）。
　
日後「雛菊空氣槍公司」採用這個尺寸，作為它們的空氣槍的彈丸。雖然他們想正名為圓彈丸，不過因為看起來和 BB 鉛彈一模一樣，大眾就照習慣稱呼，沿用下來了。
　
至於塑料子彈的 BB 槍，又稱為軟空氣槍，用的「BB 彈」直徑則是 6mm。是鉛彈的1.5倍大，但是密度較小，所以射速慢、能量低，比金屬彈空氣槍安全許多。
　
於是在我心頭伏筆很多年的 BB 槍名字之謎，總算結案啦，感覺舒暢！
　
不知道讀者心中還有什麼 #百思不得其解的名字由來 呢？一起來討論吧！

=-= =-=

為了補償今天的冷知識謎底有點low，科宅編再補充：
　
傳統上鉛彈（lead shot）的大量製造方法很有意思，人們在高塔上把鉛燒熔化，再通過一個網篩往下倒，讓滴滴答答又火燙燙的「鉛雨」在空中飛一會兒，最後落到下方的一大鍋冷水裡固化。就變成小球形了。感謝表面張力的努力！
　
示意影片在這→youtu.be/2qybStWdYcs
　
這方法......嗯，有種結合精巧和粗獷，很古早味的感覺。
　
據說，會發現這個方法是因為教堂工人正在安裝教堂的彩色馬賽克玻璃——用來固定玻璃的金屬框是鉛條做的，只要加熱就可以任意塑形很方便，但這天工人不小心讓燒熔的鉛滴到下方的裝水容器（洗禮盆?!）裡面，後來發現鉛都變成圓珠了。真是天上聖母顯靈。
　
最後是衛教，近代科學家發現鉛會毒害動物的神經系統（白話文：鉛中毒會掉ＩＱ），在野外發射鉛彈更是嚴重汙染環境的行為。這則冷知識各位讀者知道就好，別想知行合一，當什麼鉛彈頭軍火大亨嚕。

#那嗶嗶鳥為什麼叫嗶嗶

「這裡是《蔡鈺·商業參考》，我是蔡鈺。
特斯拉在2015年發佈了能量牆和能量包，當時主要是給家庭和小型商用機構做備用電源用的。這個產品挺有吸引力，所以大眾汽車在美國佈局的100多個電動車充電站，安裝的儲能電池就是特斯拉的能量包。
能量牆和能量包發佈之後不到半年，特斯拉就遇到了一個進入公用事業領域的機會。
當時是2015年10月底，美國加州亞里索峽谷的地下儲存設施，因為設備老化，發生了美國史上最嚴重的一次天然氣洩漏事故，當時在當地對幾千戶居民造成了身體傷害。這次事故處理過程當中，加州政府為了彌補洛杉磯的電力短缺，它在2016年發出了一份採購訂單，要求部署一套可靠的公用能源儲存解決方案。特斯拉作為供應商之一，用能量包打造了一個鋰電池儲能系統，能夠支撐2500個家庭的短缺用電，幫著發電站實現了調峰調頻。
這個項目，就又幫著特斯拉驗證了公共領域的應急儲能市場。
一年之後，特斯拉又幫南澳大利亞州部署了一套儲能系統，來幫助當地應對風暴和酷熱帶來的大面積停電。它在南澳的這個儲能項目，對接的就是風電場產生的風電了。這個項目在2017年建成之後，覆蓋的家庭數量超過3萬戶，一度成為了全球最大的鋰離子電池儲能項目。
而這個紀錄很快又被特斯拉自己打破了。它借著這個項目，特斯拉後續又跟風電廠合作，在澳大利亞不斷推出越來越大的儲能電池項目，來幫南澳電網調峰調頻。從2016年起的三年里，它儲能和發電業務的復合年均增長率達到了192.8%。
你看，這個過程，特斯拉的儲能系統在需求的推動之下，又產生了兩個變化：第一，項目體量越來越大；第二，職能從應急儲備逐漸轉向了日常調峰。
在未來，化石能源如果耗盡，那確實影響人類的生存；但在那之前，更快到來的危機卻可能是氣候波動和自然災害。家用微電網雖然能夠幫小組織暫時應急，但大社區、大系統的運轉也需要儲能支撐。而在這樣的公用事業需求面前，家用的能量牆和小型商用的能量包就不是最好的長久解決方案了。
於是到了2019年，特斯拉就又給公用事業規模的儲能需求，提供了一種產品，名叫「Megapack」，我們可以叫它「巨型儲能包」。巨型儲能包跟之前的能量包比起來，同樣的儲能容量佔地空間能夠減少40%，零部件也只需要之前的十分之一。
巨型儲能包的用戶都有誰呢？我們講兩個。一個是美國的得克薩斯州。你可能知道，2021年2月的時候，德州因為風暴雪發生了一次大規模斷電，幾百人受災。這場雪災過去之後，當地媒體就報道說，有人看到特斯拉Logo的施工團隊開始在德州建設一個大型儲能項目了。這事還有一個好玩的背景是，馬斯克剛好在2020年底剛剛把自己的家和私人基金會都從加州搬到了德州。德州這個工程，對他來說可能類似一場大型裝修。
巨型儲能包還有另外一個用戶是蘋果。蘋果在美國北加州建設的一個大型電池存儲項目，是用來給蘋果總部穩定供電的。有人也發現，蘋果提交給政府的項目申請文件上說，這個項目採購的儲能電池就是85個特斯拉的巨型儲能包。
到了現在，特斯拉的儲能系統在全球30多個國家和地區都有市場，從發電側到電網側再到用戶側它都覆蓋到了。所以這幾年，你可能會聽到馬斯克在各種場合強調說，特斯拉的能源業務未來很可能將超過汽車業務，而光伏產品將成為特斯拉的下一個「殺手級產品」。市場上有一些投資的多頭也開始放話說，特斯拉的能源業務會把它的市值拉上萬億美元。
好，講到這裡，我們回頭講一講特斯拉做能源業務的基本動機。
馬斯克有一個主張舉世皆知：凡事要回歸到第一性原理，去考慮它最基本的預設條件和存在邏輯是什麼，再去看這些基本條件可以如何優化和提升效率。第一性原理這個詞聽著神乎其神，其實中國人有一句大白話也是這個意思，叫「回到根子上想問題」。
馬斯克是一個有強烈的生存危機感的人，如果你以前對他有過瞭解，你一定知道，他最關心的問題之一，就是「如何提高人類生存的確定性」，這個問題，其實也是回到根子上思考人類的未來。
馬斯克解決的這個問題的思路分兩條線並行：
第一條，讓人類在其他星球上獲得生存能力，所以馬斯克除了特斯拉，還要做SpaceX，要推動火星移民計劃。
第二條，提高人類在地球上的生存確定性。其中就包括想辦法擺脫人類對化石能源的依賴，轉用太陽能。因為化石能源是會用完的，而且碳排放還會加速全球變暖。
你專門去看過特斯拉公司的使命嗎？它的使命很好玩，裡面完全沒有提電動車，它的使命叫做「加速世界向可持續能源的轉變」，你看這個使命也很「第一性原理」。這也是為什麼我們在78講說過，對特斯拉公司來說，研發和銷售電動車只是手段，更大的目標是去探索更好的能源獲取方式。
那怎麼來實現這個使命呢？特斯拉的思路是，把地球上的能量使用場景盡量都換成用電能，然後再盡量利用太陽能來發電。
這是為什麼，它要籌建自己的能源業務，要做太陽能屋頂，也要做家用、商用和大型公用的儲能系統。
我們講過電力市場可以按發電側、電網側和用電側來劃分上下游，你看特斯拉的儲能系統，它先在最下游的用電側，幫用電客戶建立了光伏微電網，構建了應急儲備能力甚至可以自己發電，來反哺主幹電網的能力；然後逐漸向上推進到公用事業領域，去幫美國加州和澳洲的電網去做調峰調頻；在這個過程當中，它也會去跟風電廠合作，進入發電側，給可再生能源提供儲能。
特斯拉的這個儲能思路，中國的不少廠商也都在觀察和借鑒。2020年6月，上汽通用五菱，也就是出五菱宏光EV MINI的那家公司，就利用電動車的退役電池建了一個兆瓦級的光伏風能儲能電站。光伏和風能發電，退役電池儲能，來幫廣西電網調峰調頻。上汽榮威也是利用電動車的舊電池，在四川省西昌市做了類似的項目。
我猜你馬上就有這麼一個思路冒出來了：特斯拉的電動車，也會產生廢舊電池，這些電池是不是剛好可以進到它的儲能業務里，去實現廢舊電池的梯度利用呢？這事，我還真沒有看到特斯拉有成形的方案出來。
我猜這是因為兩個原因：
第一個原因，是柚子投資的合伙人彭程提醒我的。彭程說，在國外用廢舊電池做梯度利用，合規成本很高，可能在特斯拉看來，儲能產品直接用新電池反而更划算。
第二個原因，是特斯拉電動車開始進入主流市場是2013年以後的事，而特斯拉汽車的動力電池質保期一般在8年，也就是2020年之後才會發生大規模的電池換代。
所以在2020年以前，特斯拉的電池回收業務量不大，委託給第三方就行了。而從2020年下半年開始，特斯拉才開始著手建設自己的電池回收能力。就像彭程所說，它回收的電池確實不是拿去做儲能，而是要把舊電池里的鋰、鈷、鎳、錳這些金屬提煉出來，再去生產新電池。
特斯拉這麼做還有一個動力：對抗上游的原材料價格上漲。2021年以來，全世界各種原材料都在漲價，光是鋰資源的價格漲幅已經接近2倍了。特斯拉說，如果回收電池業務能夠規模化，能夠讓它製造新電池的成本大幅下降。
這個成本的下降空間有多大呢？大到特斯拉有一位聯合創始人專門離職去做舊電池回收了。這位前高管叫施特勞貝爾，他估計說，未來十年內，他創立的舊電池回收項目有望把電池原材料成本拉低到現在的一半。
馬斯克在2017年，把公司的名字從「特斯拉汽車」改成了「特斯拉」，汽車兩個字刪掉了。特斯拉這個詞本身就是一種能量密度單位，聽完了前面我們講的內容，相信你也更能理解馬斯克給公司改名的戰略意圖。
我們回頭看中國，中國是新能源的最大生產國和消費國，按照彭博新能源財經的預計，我們還會成為全球最大的儲能市場之一。特斯拉在中國看中的肯定不只是電動車市場。它的上海公司的經營範圍里，也有儲能設備這一項。你要是今天去看特斯拉的中國官網，會發現它也開始給中國家庭賣太陽能屋頂了。
不過，中國儲能產業的發展邏輯跟成熟市場不太一樣。在美國和日本這樣的發達國家，電力市場的用戶側有很強的儲能需求，因為它們的終端電價高、災害停電發生得也相對頻繁。這也是特斯拉的儲能產品一開始選擇從家用和商用起步的原因。
但在中國，儲能需求更早發生在發電側和電網側。尤其是電網側，在接入的風電和光電越來越多的情況下，需要用儲能來穩定電網的輸配能力；中國對舊電池的梯度利用也更靈活。這都使得中國的儲能市場對特斯拉和本土玩家來說，起跑線算是拉平的。
在中國，發電側的儲能項目目前主要還是靠政策來推動，那市場化的儲能玩家們怎麼玩呢？我們後面講一講寧德時代。」

人工肌肉重大突破登上《Science》，多國科學家聯合實現全新驅動機理

作者 雷鋒網 | 發布日期 2021 年 02 月 11 日 0:00 |

2021 年，機器人已經「成精」了，公然吵架、組團熱舞再也不是人類專屬。在許多人心裡，機器人還是僵硬、機械甚至冰冷，即便如此，技術日新月異，柔性機器人快速發展，我們對機器人的刻板印象也該打破了。

科學家設計的軟體機器人外形可謂五花八門，比如：

磁場驅動的軟體機器人，看上去像花瓣。

會奔跑、能游泳、能舉重物的「小獵豹」。

可用於軍事行動的隧道快速挖掘機器人。

其實，軟體機器人的設計往往與一種智慧材料有關：人工肌肉。最近這領域中國科學家聯合美、韓、澳等多國學者有了新突破。

相比傳統人工肌肉，這次設計出的人工肌肉有無毒、驅動頻率高（10Hz）、驅動電壓低（1V）、高比能量（0.73~3.5J/g）、高驅動應變（3.85~18.6%）、高能量密度（高達 8.17W/g）特性。

奈米碳管線為何物？

2021 年 1 月 29 日，題為「Unipolar-Stroke, Electroosmotic-Pump Carbon Nanotube Yarn Muscles」（單極衝程、電滲泵奈米碳管線肌肉）的論文發表於著名學術期刊《科學》（Science）。

論文出自哈爾濱工業大學（複合材料與結構研究所）、江蘇大學（智慧柔性機電研究所）、常州大學（江蘇省光伏科學與工程協同創新中心）、美國德州大學達拉斯分校、伊利諾大學厄巴納香檳分校、南韓漢陽大學、首爾大學、澳洲臥龍崗大學、迪肯大學等團隊。

論文題目有個看起來高深的詞「奈米碳管線」（Carbon nanotube yarns）。談研究細節前，先來解決一個問題：奈米碳管線為何物？

奈米碳管線源自奈米碳管，這是具特殊結構的一維量子材料，徑向尺寸為奈米量級、軸向尺寸為微米量級、管子兩端基本都有封口。外形上，它是由呈六邊形排列的碳原子構成的數層同軸圓管，層與層之間的固定距離約 0.34 奈米，而圓管的直徑一般為 2~20 奈米。

據了解，奈米碳管為一維奈米材料，重量輕、有完美連接結構，因此有獨特力學、電學、化學性能。基於這些特性，奈米碳管線也應運而生。據字面意思可知，這是透過拉伸和鬆弛、碳基奈米管纖維製成的緊密絞合線。

不同於普通線，奈米碳管線其實是種超導體，還可當電池使用。早在 2011 年，德州大學就與美國企業展開合作，致力將奈米碳管線推向市場。

2017 年，德州大學達拉斯分校又研製出名為 Twistron 的奈米碳管線。

研究團隊的李娜博士受訪時表示：

這些線本質上是種超級電容器，但無需外加電源充電。因奈米碳管與電解質的化學電勢不同，當線浸入電解質時，一部分電荷會嵌入。線拉伸時，體積減小，使電荷相互靠近，電荷產生的電壓增高，從而獲得電能。

2014~2016 年，哈爾濱工業大學博士生楚合濤至德州大學達拉斯分校接受訓練，正是自那時起，哈爾濱工業大學冷勁松教授課題組與德州大學達拉斯分校 Ray H. Baughman 教授課題組，開始了有關奈米碳管線人工肌肉的研究。

這次正是博士畢業生的楚合濤為論文共同作者之研究。

人工肌肉性能達到新突破

那麼，奈米碳管線和人工肌肉之間，又有什麼關係？

論文介紹，滲透離子（不論正負）會影響著長度、直徑的變化，因此奈米碳管線可用作電化學致動器。據悉，奈米碳管線人工肌肉是典型的智慧材料，主要透過熱、電化學兩種方式驅動，兩種驅動方式有差別。

根據熱力學定律，熱驅動受卡諾循環效率（Circulation efficiency in Kano，一高溫熱源溫度 T1 和一低溫熱源溫度 T2 的簡單循環）制約──比電化學驅動能量轉換效率更高，有更廣闊的應用前景。

基於這點，研究團隊構建全固態肌肉（all-solid-state muscle）。透過向線滲透帶電聚合物，纖維開始部分膨脹，隨著離子損失長度會增加，增加肌肉的總衝程。

哈爾濱工業大學表示，研究人員首次發現透過聚電解質功能化的策略，可達成人工肌肉智慧材料的「雙極」（Bipolar）驅動轉變為「單極」（Unipolar）驅動（如下圖），同時發現人工肌肉隨電容降低、驅動性能增強的反常現象（Scan Rate Enhanced Stroke，SRES）。

研究人員發現這些效果：

做到單一離子嵌入、嵌出的「單極」效應，解決「雙極」效應反向離子的嵌入、嵌出引起的性能降低問題，提高工作效率與能量密度等性能；

人工肌肉隨掃描速率增加，驅動性能增加，解決了傳統人工肌肉驅動性能的電容依賴性問題。

哈爾濱工業大學認為：

此重要突破解決了人工肌肉驅動性能的電容依賴性問題，為後續設計具有無毒、低驅動電壓的高性能驅動器提供新的理論基礎。

值得一提的是，此突破在空間展開結構、仿生撲翼飛行器、可變形飛行器、水下機器人、柔性機器人、可穿戴外骨骼、醫療機器人等領域有巨大的應用潛力。

關於作者

早在 1990 年代初，哈爾濱工業大學複合材料與結構研究所就確立智慧材料與結構的研究方向。哈工大在這領域的探索離不開一個名字──冷勁松。

冷勁松畢業於哈爾濱工業大學複合材料專業，2004 年起擔任哈工大航天學院複合材料與結構研究所教授、博班導師。

1992 年起，冷勁松就開始開展智慧材料系統和結構的研究，主要研究方向包括智慧材料系統和結構系統、光纖傳感器、結構健康監控、複合材料結構設計和工藝技術、可變翼飛行器、結構振動主動控制、光纖通訊和微波光電子器件、微機電系統等等。

另外，冷勁松也在 International Journal of Smart & Nano Materials 擔任主編，《Smart Materials & Structures》和《Journal of Intelligent Material Systems and Structures》等國際雜誌擔任副主編。2006 年入選中國教育部新世紀優秀人才計劃，2007 年入選長江學者特聘教授，2018 年當選歐洲科學院物理與工程學部外籍院士（Members of the Academia Europaea）。

論文通訊作者之一正是冷勁松。

2020 年 3 月 4 日，冷勁松教授團隊與美國馬里蘭大學 Norman M. Wereley 教授團隊的共同研究成果發表於國際著名期刊《Soft Robotics》，展示受象鼻啟發、可伸展／收縮的氣動人工肌肉基礎上設計的新型彎曲螺旋可伸展／收縮氣動人工肌肉（HE-PAMs / HC-PAMs）。

這次研究，將使團隊在人工肌肉方面的探索更深入。

資料來源：https://technews.tw/2021/02/11/unipolar-stroke-electroosmotic-pump-carbon-nanotube-yarn-muscles/