下一代電池路遙途艱？

左提督

能源領域的不斷拓展與應用需求的一再提升使得我們必須加緊尋找新的電池技術路徑，各種電子設備與電動汽車都需要電池。不可否認，近些年電池技術在設計和安全標準方面一直在進步，但其也確實沒有顛覆性的創新表現，電池技術甚至已經成為電子設備進化路徑上的一大阻礙抑或短板。同時具備“容量大”、“低碳”、“安全”、“便攜”等要素才是下一代電池的賣點所在，好在，固態電池是距離產業化最近的下一代電池技術，已成學界與業界的共識。

鋰電池的盛宴持續

有人將晶體管與鋰離子電池并列為過去百年對人類歷史影響深遠的兩大重要發明，前者事關計算機的誕生，后者則為難以計數的各式電子設備提供能耗。上世紀70年代，第一顆鋰離子電池誕生。因為較強的環境適應性、較好的安全性與較長的使用壽命，鋰離子電池被廣泛應用于各個領域，尤其在是智能手機與電動車輛方面，是當前市場上的主流電池產品，不管有多少新型電池的新聞爆出，實現量產、占據市場主流的依然是鋰離子電池。在知名研究機構Navigant Research發布的鋰電池企業競爭力排行榜上，LG化學、三星SDI、比亞迪、松下、韓國Kokam、東芝、帥福得、瑞士Leclanché、加拿大Electrovaya、寧德時代位列前十，韓國企業排名靠前，三家中國企業亦表現優異。數據顯示，中國生產了全球一半以上的鋰離子電池，據中國化學與物理電源行業協會的統計，近兩年中國鋰離子電池產量與銷售收入均保持10%以上的增長速率。中國也已超過美國，成為全球最大的動力電池應用市場。

然而不容回避的一個事實是，作為現代高性能電池的代表，今天的鋰電池與二十多年前首款商用鋰離子電池的技術并無根本上的差別。1991年，索尼公司所推出的可反復充電的鋰離子電池讓移動時代不虞有能耗之煩惱。智能手機、平板電腦以及后來的各式可穿戴設備的快速發展迭代，讓企業一直致力于如何進一步優化組合鋰離子電池的體積與容量，但能量密度的有限讓再多的優化方案萬變未離其宗，且終有力有不逮之時。

此外，傳統液態鋰離子電池已統治動力電池市場十年，愈演愈烈的新能源汽車革新浪潮需要更加安全穩定、續航能力出眾的鋰電池，但各家車企都不得不委婉地承認，目前無論哪一款電動汽車的鋰電池技術都還有相當可觀的可提高空間，電動汽車的“續航里程焦慮”“安全焦慮”“充電焦慮”問題遲遲未解。消費者的擔憂并非毫無緣由，“并非我不關心環保，但我可不希望因為電池耗盡而卡在郊外的公路上。”

這也難怪有人感嘆，鋰電池用了十余年時間就一步步取代了鎳電池成為主流，但可取代鋰電池的創新性成果及產業化可能就需要更加漫長的時間了。而若換一個角度來看，鋰離子電池的技術時刻都有微小的進步，鋰電產業鏈的良好前景還可保持相當長時間，這也不算壞事，新技術開發所需要的必然時限會讓其從容實現轉向再發展。

概念不乏變現多艱

能源問題的重要性被一再提及，儲能產品的研發卻未見明顯提速，下一代電池何時粉墨登場牽動各方心緒。按照業界人士的說法，“儲能是一項可解決重要問題的、極具挑戰性的突破性技術，而電池儲能在未來清潔能源發電中將起到不可忽略的作用。”

電池領域其實并不乏火熱的概念，氫燃料電池、石墨烯電池、質子電池、全固態電池……各式新型電池的新聞不時刷屏。每一款新概念電池初始都會宣稱能夠延長電池壽命且縮短充續時間，體積適宜還安全無虞，但最終都被證實并沒有實現真正意義上的突破，爭議從未間斷，想要達到正式商用的產業化尚有一段距離。

產能結構性過剩使得電池行業的洗牌一輪接著一輪，加大研發力度推出更具核心競爭力的創新型產品方能在激烈競爭中存續下去。未雨綢繆，國內外企業已經開始積極投身全固態電池的技術研發，因其有著更高的能量密度與安全性能，循環壽命較長，自然比現時的傳統產品更具優勢。以一款卷發棒賺足眼球的科技業巨頭戴森也寄望在固態電池領域有所作為，不但以近億美元收購了固態電池公司Sakti3，還與三星等企業一起向在固態電池方面有不俗表現的初創公司Ionic Materials投資數千萬美元。這期間車企的表現尤其搶眼，曾讓特斯拉黯然失色的Fisker宣稱正在開發充電1分鐘行駛500公里的固態電池;與特斯拉電池供應商松下攜手的豐田一邊宣傳要加大氫能源研發力度，一邊表示將在數年后實現全固態電池的實用化，日產與本田也已加入進該計劃中;寶馬正與Solid Power合作開發下一代電動車用固態電池;大眾向擁有200多項固態電池技術專利和專利申請量的電池技術公司Quantum Scape投資1億美元，還計劃與其合資力爭在2025年建成固態電池生產線……一方面是各家企業的高姿態，另一方面圍繞固態電池的專利戰早已打響。數據顯示，截止去年第三季度，固態電池領域的公開專利數為1926件，其中全固態電池領域的專利數為371件;最顯眼的表現仍屬車企，豐田擁有252件固態電池專利，遙遙領先其他各方。這場全球范圍的企業布局卡位競爭中，盡管技術難題眾多，大規模量產不易，但各方都持樂觀態度，“技術上步步為營，應用上梯次滲透”，固態電池的推進路徑已然明晰。

有觀點不無詼諧地表示，“如果說磷酸鐵鋰電池是‘過去’（實則其市場占比依然不小），三元鋰電池是‘現在’，那么固態電池就是‘未來’。”但也存在對固態電池持保留態度的機構，德國能源與氣候研究院曾發出提醒：固態電池的充電效率與當前的鋰電池差別不大，固態電池的使用壽命也并未與當前的電池技術拉開明顯差距。

消弭誤區再談發展

電池技術是應對能源、交通以及氣候變化等全球性問題的關鍵環節，更偏重綠色環保屬性，一次電池向蓄電池轉化，更小、更輕、更薄是電池行業發展的三大特點，但“如果沒有特殊的爆發誘因，至少最近5年，人們很難看到真正成熟的革命性電池技術。”

“電池技術的滯后制約著很多技術的發展”，這是一個看似正確，實則不算完全客觀的論斷。拋開對電子設備的其他使用感受，幾乎每個人都對設備所采用的電池使用時間難說滿意。雖然我們可以吐槽現在的電池產品不那么經用，無比期待更加優秀的電池產品，但一個事實是之所以有這樣的矛盾產生，并非電池產品本身不夠給力，而是當代的各種設備功能更加強大也更加耗電了，按照《科學美國人》雜志的說法，“如果你把一部現代的iPhone手機的電池放到一部1995年的手機上面，其一次充電就夠用滿一年。”也就是說，一代代電池產品其實正變得越來越好，只是還趕不上各種設備的能耗高需求而已。

所以，在發出“除了電池以外，每項技術都在隨著時間的推移而進步！為什么就沒有人能發明一種更好的電池呢？”這樣的抱怨之前，不妨正視，最近數十年來，世界各國的研究者一直在新型電池技術研發領域著力，也在充電效率、電池容量、發熱冷卻等方面取得了不少成果，也許，下一代電池技術的商用曙光出現并不會太過遙遠。