撰文/ 張 鷗
編輯/ 吳 靜
設計/ 師玉超
來源/Vox 作者：Rebecca Heilweil
圖源/Eliana Rodgers / Vox
锂離子電池革命性的首次亮相是在20世紀90年代。直到現在，我們早已熟悉了在幾個小時或更短時間内進行充電，使用便攜式電腦、手機及其他電子産品的生活。
極高的能量密度使锂離子電池成為能源儲存的首選形式。锂本身是元素周期表上最輕的金屬，這也是為什麼它成為輕便出行的必需品。
但是30年後的今天，這種電池技術似乎有些跟不上步伐，終于到了需要進行重大更新的時候。
氣候變化的嚴酷現實為它增添了一個重擔——不僅需要為日常電子裝置供電，也需要開始為更大規模、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，充放電次數有限。這也是人們對電動汽車最大的擔憂之一，因為隻有更多的容量才能給予更長的續航裡程，而它要負責的不僅僅是續航裡程，還有車内其他必備功能。
是以，如果這場電動化革命要取得成功，電池的革新至關重要。
現在人們所追求的，是一次充電使車輛盡可能走更遠，保持盡可能輕的重量，還需要更安全、不容易爆燃。由于電池起火的風險，通用汽車已于2021年開始幾次召回雪佛蘭Bolt。
今天，汽車中的锂離子電池由钴和鎳等稀缺材料制成，價格越來越高。這些材料的短缺最終會阻礙整個汽車行業的電氣化。
電動汽車初創企業Rivian的首席執行官斯卡林格（RJ Scaringe）警告說，目前全世界的電動汽車電芯甚至不到未來10年預計需求的10%，根據現有的電池技術，生産速度遠遠跟不上消耗速度。
解決這些問題的競賽正在加速進行。
包括甯德時代和LG新能源在内，全球主要的電池制造商都在重新思考電池的更多可能性，使它們能夠在電動汽車的應用中更好地發揮作用。同時，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争中更具優勢。
甚至政府也參與其中。
2022年3月，美國總統喬·拜登（Joe Biden）援引了《國防生産法》（允許總統在緊急情況下撥款，用于提高特定産品的國内生産），以增加美國對電動汽車所用稀有金屬和材料的内供。
看起來，一切都在往好的方向走，但時間是最重要的。氣候變化的腳步不會停下，而每輛正在道路上疾馳的燃油車都在加劇這一威脅。
幸運的是，更好的電池技術不僅僅是在開發中，它已經開始進入市場。
新材料的可能性
在電動汽車領域，汽車制造商通常将幾十個锂離子電池裝入保護殼，稱為子產品。這些子產品被組裝成一個更大的電池組，為電動汽車提供動力。
然而，锂離子電池對電動車來說并不完美。除了爆燃風險外，普通電動汽車的平均續航能力為418公裡。這足以滿足日常出行需要，但也讓很多司機對長距離的旅行感到擔憂。
锂本身也有一些問題。锂礦的開采并不環保，而且現在，世界上甚至沒有足夠的锂礦來為我們提供所需材料，其他常用于锂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，一個相對直接的方法是将不同的材料用于傳統的锂離子技術。新材料各自具有優缺點，一些新的排列組合可能更适合電動汽車。
這些組合之一被稱為磷酸鐵锂電池，它将成本較低的材料納入電池陰極。
雖然這些電池不能像其他锂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，電動汽車的成本便随之降低，定價也會更易于接受。
磷酸鐵锂電池已經在中國廣泛使用，馬斯克在2021年秋天宣布，特斯拉也将開始在部分車型中使用磷酸鐵锂。
另一種方法是改變電池陽極的材料。目前，許多锂離子電池的陽極是用石墨制成的，因為它相對便宜，而且能持續很長時間。但少數初創公司正在使用矽，也就是用于制造計算機晶片的材料。
使用矽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納米技術公司、NEO電池材料公司和Enovix等公司目前正在進行相關研發和設計。
固态電池的發展
關于固态電池，目前有一個代表性的想法是，使用固體電解質代替傳統電解質。
這種固體材料不是一個巨大的塊狀物，而是像玻璃或陶瓷一樣的單層材料。固體電解質更緊湊，這意味着固态電池可以更小，儲存更多能量，它也不像傳統的锂離子電池那樣易燃。
但固态電池仍然面臨一些障礙。
它們價格昂貴，難以大規模生産，是以到目前為止主要出現在實驗室裡。此外，許多固态電池設計的陽極是由锂金屬制成的，而不是石墨。這種锂金屬有時會形成樹枝狀物，即從陽極洩漏到電解液中的金屬分支，這可能導緻固态電池破裂和短路。
當然，并不是說這些電池的未來隻有死路一條。
它們已經被納入一些心髒起搏器、耳機原型和其他電子裝置中，現在汽車巨頭們正在研究如何調整技術，使它們最終也能在汽車中發揮作用。
目前甚至已經有了一些令人鼓舞的進展。
大衆汽車、福特汽車和Stellantis都對該技術進行了投資。豐田也計劃在2025年之前釋出一款使用固态電池的混合動力車，日産希望在2028年之前推出一款使用固态電池的電動汽車。
另一家名為QuantumScape的公司則分享了一個更加大膽的研究，能夠使它發揮作用，甚至比其他電池充電更快——一種根本不需要陽極的固态電池。
與産品融為一體
最終，锂離子電池可能看起來根本不像我們印象中的電池。它們會成為自己所供給的産品或裝置的一部分，與其融為一體。
這就是結構性電池。例如，電池會成為汽車車身或飛機機身的一部分。
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，允許一個汽車部件同時作為能源，可以減少電動汽車的整體尺寸。這也意味着，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上路的車輛中。
特斯拉設計了一種新的結構性電池，将直接附着在其Y型車的座椅上，同樣，沃爾沃計劃通過設計電池以支撐汽車地闆，通用汽車也已經推出了使用電池來加強車輛底盤的車型。
現在聽起來，這些可能隻是很小的調整。但未來，我們極有可能看到完全由自己的身體驅動電力的汽車，甚至是飛機。
電池是為汽車提供動力的主人公，但它可并不是隻有這一項工作。
為了擺脫化石燃料的影響，我們需要使用可再生能源，如太陽能和風能。但是，由于太陽和風并不總是在需要的時候剛好出現，我們隻能對其能源進行儲存。
這意味着我們的家庭、城市，甚至電網都将需要電池，而且是非常非常大的電池。
這些電池不一定會與電動汽車電池有相同的需求，就像為汽車供電和為手機供電的電池同樣是兩回事兒。
幸好為房子儲存能量的電池不需要特别輕，也不需要多快。也就是說這些電池根本不一定需要锂，可以用新興的替代品，如鈉和鋅。
盡管組成和用途不一，它們都将在提供動力和減緩氣候變化方面發揮關鍵作用。
在未來，我們會有更多的選項，甚至可能用便攜式核反應堆為電動汽車提供動力。不過很顯然，這些想法目前真的隻是想想罷了。
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