▍固态电池大赌注

每一辆汽油或柴油汽车的电池看起来几乎都一样：一个装有两根银柱的黑匣子。当然，也许内部结构可能会有些许差别，但一个世纪以来，汽车电池基本上没有太大变化。

但随着电动汽车时代到来，事情将大不相同。目前，数十亿美元投资被用于提高电池的安全性、耐久性、供电能力和充电时间。

简言之，电池角色发生了转变。它正在从一个廉价的常规磨损件，变成汽车最重要部分之一。决定电动汽车能跑多远，能跑多快的部件是电池，影响新车价格以及二手车价值的也是电池。

与当下电池不同，电动汽车的电池可以有不同形状、不同尺寸，化学成分也有所不同，这取决于电池制造商、汽车品牌以及车型定位。

例如，一辆跑车的电池组可能侧重快速提供大量动力。而一辆轿车可能更倾向于设计一个能量密集型电池组，支撑远程驾驶。

英国电池初创公司Britishvolt电池和工艺开发主管理查德·莱凯恩（Richard LeCain）说：“回顾事物发展历史和演变过程就会发现，我们一直在逐步提升。电池领域的推进，不会类似于从地面把人送上月球那样的登月计划。化学领域将有相当大的进展和改进空间，持续推动电池效率并降低成本，这是唯一路径。”

丰田汽车和大众汽车集团这两家汽车制造商正在寻求改进现有锂离子电池方式，确保这项技术的性能和成本与其适用车型相匹配。

汽车制造商们在固态电池上下了很大赌注。固态电池是一种用固体结构取代液体电解质的电池，可以使离子在阳极和阴极之间更快地移动。这样的改变有助于提高能量密度，减少充电时间，降低过热的风险。

如果化学家能解决几个主要问题，固态电池就可能是下一个重大开发成果。比如，电池常会形成锂枝晶——不仅降低效率，还缩短电池寿命。

“不同的化学物质会承担不同的角色，”大众美国负责电动汽车和创新的副总裁马特·雷纳（Matt Renna）说。“我们的产品线包括磷酸铁锂电池和镍锰钴电池。并不是说它们都是替代技术，同样道理，就像四缸发动机没有超越八缸发动机一样，两者可以共存，以满足不同客户和需求。同样，在电池化学成分和电池类型方面也如此。”

来自大学、初创公司和其他机构的研究人员正在测试新的化学物质，以生产成本更低且更先进的电池。比如上周，加州大学圣地亚哥分校就展示了固态锂离子电池的进展，该电池使用硅阳极代替目前锂离子电池普遍使用的石墨阳极。

根据该大学的说法，硅阳极的能量密度比石墨阳极高10倍，而且较低温度下电池也可以更快充电。配置在汽车上的电池，都必须能在汽车常遇的极端温度条件下保持长寿命、安全和可靠性。而且，它们必须能够承受来自道路的持续振动，并在严重碰撞中保障安全。

丰田汽车一直在固态电池领域努力，希望2025年前能大规模生产。在日本，该公司正在汽车上测试这种电池。同时，丰田汽车还在努力改进陈旧的电池技术，比如镍氢电池——20年前首次搭载在普锐斯混合动力车上的一种化学物质。

在日本市场，Aqua掀背混合动力车使用了丰田汽车最新一代双极镍电池。“与上一代电池相比，新电池输出密度增加一倍，给汽车带来强大加速感。”今年9月，丰田汽车首席技术官Masahiko Maeda在电池和碳中和简报会上对投资者说。

Britishvolt莱凯恩认为，电动汽车的电池改进，就像一个多世纪以来内燃机改进一样，是一个渐进过程。他相信，在制造更好的锂离子电池路上，还有很多方面需要改进。该公司正在研究减少电池包重量和尺寸的技术。

“我们正在尝试挪走部分部件，把电池融入底盘，利用拥有硬外壳的方形电池来承担车辆的部分重量和结构。”莱凯恩说。

Britishvolt为汽车行业生产的第一批电池是锂离子电池，但该公司也在投资固态电池。与其他电池公司不同，Britishvolt领导团队里包括两名汽车行业资深人士——福特欧洲前产品开发副总裁Joe Bakaj和英国福特前董事长Graham Hoare——这两人都拥有动力系统背景。

未来9年，尽管全球汽车制造商和电池公司准备投入数十亿美元用于电池研发，但目前还不清楚，一块电池能否储存与一加仑汽油一样多的能量，或者使用起来更方便。

例如，一辆雪佛兰Silverado皮卡油箱容量为24加仑，在大多数加油站加满油只需约3分钟。在高速公路上行驶时，每加仑汽油可以行驶21英里，需要补充更多燃料前，它可以行驶504英里。Silverado加满的油箱重达146．4磅。

电动汽车要想行驶300英里以上，电池组体积必须非常大。长续航里程的特斯拉Model 3包含4410块小电池，重量超过1200磅，EPA预测里程为358英里。即使是续航里程为259英里的紧凑型雪佛兰Bolt，其电池组也重约960磅。

还有充电时间问题。约有80％电动汽车司机在家里充电，通常不会超过汽车的续航里程，因此，等待充电不是问题。但对于那些需要使用公共充电桩的人来说，等待时间有时很长，一旦插上充电器，为获得合适里程，需要等待15分钟到一个小时不等。

“内燃机汽车在1950年可行吗？绝对可行，当时有人每天开车上下班。那么，今天的内燃机汽车比1950年更好吗？答案也是肯定的。”大众美国雷纳说，“我们已经投入数十亿研发资金，工程师们每天都在努力让它们变得更好。通过类比，我认为电动汽车在今天是可行的，而固态电池则拥有使电动汽车在未来更可行的潜力。”