鋰離子電池革命性的首次亮相是在20世紀(jì)90年代。直到現(xiàn)在，我們早已熟悉了在幾個(gè)小時(shí)或更短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行充電，使用便攜式電腦、手機(jī)及其他電子產(chǎn)品的生活。

極高的能量密度使鋰離子電池成為能源儲(chǔ)存的首選形式。鋰本身是元素周期表上最輕的金屬，這也是為什么它成為輕便出行的必需品。

但是30年后的今天，這種電池技術(shù)似乎有些跟不上步伐，終于到了需要進(jìn)行重大升級(jí)的時(shí)候。

氣候變化的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)為它增添了一個(gè)重?fù)?dān)——不僅需要為日常電子設(shè)備供電，也需要開始為更大規(guī)模、更高電力需求的車輛供電。這些電池幾乎被逼到了極限。

它們壽命有限，充放電次數(shù)有限。這也是人們對電動(dòng)汽車最大的擔(dān)憂之一，因?yàn)橹挥懈�多的容量才能給予更長的續(xù)航里程，而它要負(fù)責(zé)的不僅僅是續(xù)航里程，還有車內(nèi)其他必備功能。

因此，如果這場電動(dòng)化革命要取得成功，電池的革新至關(guān)重要。

 

現(xiàn)在人們所追求的，是一次充電使車輛盡可能走更遠(yuǎn)，保持盡可能輕的重量，還需要更安全、不容易爆燃。由于電池起火的風(fēng)險(xiǎn)，通用汽車已于2021年開始幾次召回雪佛蘭Bolt。

今天，汽車中的鋰離子電池由鈷和鎳等稀缺材料制成，價(jià)格越來越高。這些材料的短缺最終會(huì)阻礙整個(gè)汽車行業(yè)的電氣化。

電動(dòng)汽車初創(chuàng)企業(yè)Rivian的首席執(zhí)行官斯卡林格（RJ Scaringe）警告說，目前全世界的電動(dòng)汽車電芯甚至不到未來10年預(yù)計(jì)需求的10%，根據(jù)現(xiàn)有的電池技術(shù)，生產(chǎn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上消耗速度。

解決這些問題的競賽正在加速進(jìn)行。

包括寧德時(shí)代和LG新能源在內(nèi)，全球主要的電池制造商都在重新思考電池的更多可能性，使它們能夠在電動(dòng)汽車的應(yīng)用中更好地發(fā)揮作用。同時(shí)，福特汽車和通用汽車等車企也在投資新的電池研究，期望能在與特斯拉的競爭中更具優(yōu)勢。

甚至政府也參與其中。

2022年3月，美國總統(tǒng)喬·拜登（Joe Biden）援引了《國防生產(chǎn)法》（允許總統(tǒng)在緊急情況下?lián)芸�，用于提高特定產(chǎn)品的國內(nèi)生產(chǎn)），以增加美國對電動(dòng)汽車所用稀有金屬和材料的內(nèi)供。

看起來，一切都在往好的方向走，但時(shí)間是最重要的。氣候變化的腳步不會(huì)停下，而每輛正在道路上疾馳的燃油車都在加劇這一威脅。

幸運(yùn)的是，更好的電池技術(shù)不僅僅是在開發(fā)中，它已經(jīng)開始進(jìn)入市場。

新材料的可能性

在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，汽車制造商通常將幾十個(gè)鋰離子電池裝入保護(hù)殼，稱為模塊。這些模塊被組裝成一個(gè)更大的電池組，為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力。

然而，鋰離子電池對電動(dòng)車來說并不完美。除了爆燃風(fēng)險(xiǎn)外，普通電動(dòng)汽車的平均續(xù)航能力為418公里。這足以滿足日常出行需要，但也讓很多司機(jī)對長距離的旅行感到擔(dān)憂。

鋰本身也有一些問題。鋰礦的開采并不環(huán)保，而且現(xiàn)在，世界上甚至沒有足夠的鋰礦來為我們提供所需材料，其他常用于鋰離子電池的金屬也有些或多或少不盡人意的問題。

要制造更好的電池，一個(gè)相對直接的方法是將不同的材料用于傳統(tǒng)的鋰離子技術(shù)。新材料各自具有優(yōu)缺點(diǎn)，一些新的排列組合可能更適合電動(dòng)汽車。

這些組合之一被稱為磷酸鐵鋰電池，它將成本較低的材料納入電池陰極。

雖然這些電池不能像其他鋰離子電池那樣裝入大量的能量，但它們允許汽車制造商用更少的錢制造更多的電池，電動(dòng)汽車的成本便隨之降低，定價(jià)也會(huì)更易于接受。

磷酸鐵鋰電池已經(jīng)在中國廣泛使用，馬斯克在2021年秋天宣布，特斯拉也將開始在部分車型中使用磷酸鐵鋰。

另一種方法是改變電池陽極的材料。目前，許多鋰離子電池的陽極是用石墨制成的，因?yàn)樗�相對便宜，而且能持續(xù)很長時(shí)間。但少數(shù)初創(chuàng)公司正在使用硅，也就是用于制造計(jì)算機(jī)芯片的材料。

使用硅陽極的電池可以保持10倍于石墨陽極的電量，并提高電池的整體能量容量。Sila納米技術(shù)公司、NEO電池材料公司和Enovix等公司目前正在進(jìn)行相關(guān)研發(fā)和設(shè)計(jì)。

固態(tài)電池的發(fā)展

關(guān)于固態(tài)電池，目前有一個(gè)代表性的想法是，使用固體電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電解質(zhì)。

這種固體材料不是一個(gè)巨大的塊狀物，而是像玻璃或陶瓷一樣的單層材料。固體電解質(zhì)更緊湊，這意味著固態(tài)電池可以更小，儲(chǔ)存更多能量，它也不像傳統(tǒng)的鋰離子電池那樣易燃。

但固態(tài)電池仍然面臨一些障礙。

它們價(jià)格昂貴，難以大規(guī)模生產(chǎn)，所以到目前為止主要出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室里。此外，許多固態(tài)電池設(shè)計(jì)的陽極是由鋰金屬制成的，而不是石墨。這種鋰金屬有時(shí)會(huì)形成樹枝狀物，即從陽極泄漏到電解液中的金屬分支，這可能導(dǎo)致固態(tài)電池破裂和短路。

當(dāng)然，并不是說這些電池的未來只有死路一條。

它們已經(jīng)被納入一些心臟起搏器、耳機(jī)原型和其他電子設(shè)備中，現(xiàn)在汽車巨頭們正在研究如何調(diào)整技術(shù)，使它們最終也能在汽車中發(fā)揮作用。

目前甚至已經(jīng)有了一些令人鼓舞的進(jìn)展。

大眾汽車、福特汽車和Stellantis都對該技術(shù)進(jìn)行了投資。豐田也計(jì)劃在2025年之前發(fā)布一款使用固態(tài)電池的混合動(dòng)力車，日產(chǎn)希望在2028年之前推出一款使用固態(tài)電池的電動(dòng)汽車。

另一家名為QuantumScape的公司則分享了一個(gè)更加大膽的研究，能夠使它發(fā)揮作用，甚至比其他電池充電更快——一種根本不需要陽極的固態(tài)電池。

與產(chǎn)品融為一體

最終，鋰離子電池可能看起來根本不像我們印象中的電池。它們會(huì)成為自己所供給的產(chǎn)品或設(shè)備的一部分，與其融為一體。

這就是結(jié)構(gòu)性電池。例如，電池會(huì)成為汽車車身或飛機(jī)機(jī)身的一部分。

這一方法可以解決電池最基本的尺寸和重量問題。從理論上講，允許一個(gè)汽車部件同時(shí)作為能源，可以減少電動(dòng)汽車的整體尺寸。這也意味著，有可能在整體上使用更少的原材料。

這一概念正逐漸被納入已經(jīng)上路的車輛中。

特斯拉設(shè)計(jì)了一種新的結(jié)構(gòu)性電池，將直接附著在其Y型車的座椅上，同樣，沃爾沃計(jì)劃通過設(shè)計(jì)電池以支撐汽車地板，通用汽車也已經(jīng)推出了使用電池來加強(qiáng)車輛底盤的車型。

現(xiàn)在聽起來，這些可能只是很小的調(diào)整。但未來，我們極有可能看到完全由自己的身體驅(qū)動(dòng)電力的汽車，甚至是飛機(jī)。

電池是為汽車提供動(dòng)力的主人公，但它可并不是只有這一項(xiàng)工作。

為了擺脫化石燃料的影響，我們需要使用可再生能源，如太陽能和風(fēng)能。但是，由于太陽和風(fēng)并不總是在需要的時(shí)候剛好出現(xiàn)，我們只能對其能源進(jìn)行儲(chǔ)存。

這意味著我們的家庭、城市，甚至電網(wǎng)都將需要電池，而且是非常非常大的電池。

這些電池不一定會(huì)與電動(dòng)汽車電池有相同的需求，就像為汽車供電和為手機(jī)供電的電池同樣是兩回事兒。

幸好為房子儲(chǔ)存能量的電池不需要特別輕，也不需要多快。也就是說這些電池根本不一定需要鋰，可以用新興的替代品，如鈉和鋅。

盡管組成和用途不一，它們都將在提供動(dòng)力和減緩氣候變化方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

在未來，我們會(huì)有更多的選項(xiàng)，甚至可能用便攜式核反應(yīng)堆為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力。不過很顯然，這些想法目前真的只是想想罷了。