来源：Vox        作者：Rebecca Heilweil

题图：Eliana Rodgers / Vox

消费用锂离子电池革命性的首次亮相是在20世纪90年代。直到现在，我们早已熟悉了在几个小时或更短时间内进行充电，使用便携式电脑、手机及其他电子产品的生活。

极高的能量密度使锂离子电池成为能源储存的首选形式。锂本身是元素周期表上最轻的金属，这也是为什么它成为轻便出行的必需品。

但是30年后的今天，这种电池技术似乎有些跟不上步伐，终于到了需要进行重大升级的时候。

气候变化的严酷现实为它增添了一个重担——不仅需要为日常电子设备供电，也需要开始为更大规模、更高电力需求的车辆供电。这些电池几乎被逼到了极限。

它们寿命有限，充放电次数有限。这也是人们对电动汽车最大的担忧之一，因为只有更多的容量才能给予更长的续航里程，而它要负责的不仅仅是续航里程，还有车内其他必备功能。

因此，如果这场电动化革命要取得成功，电池的革新至关重要。

现在人们所追求的，是一次充电使车辆尽可能走更远，保持尽可能轻的重量。还需要更安全、不容易爆燃——这是一个罕见的问题，但非常严重。由于电池起火的风险，通用汽车已于2021年开始几次召回雪佛兰Bolt。

今天，汽车中的锂离子电池由钴和镍等稀缺材料制成，价格越来越高。这些材料的短缺最终会阻碍整个汽车行业的电气化。

电动汽车初创企业Rivian的首席执行官斯卡林格（RJ Scaringe）警告说，目前全世界的电动汽车电芯甚至不到未来10年预计需求的10%，根据现有的电池技术，生产速度远远跟不上消耗速度。

解决这些问题的竞赛正在加速进行。

像宁德时代和LG能源解决方案这样的长期电池制造商正在重新思考电池的基本化学成分，以便它们在电动汽车中更好地发挥作用。同时，福特汽车和通用汽车等车企也在投资新的电池研究，期望能在与特斯拉的竞争中更具优势。

甚至政府也在参与其中。

3月，美国总统乔·拜登（Joe Biden）援引了《国防生产法》（允许总统在紧急情况下拨款，用于提高特定产品的国内生产），以增加美国对电动汽车所用稀有金属和材料的内供。

看起来，一切都在往好的方向走，但时间是最重要的。气候变化的脚步不会停下，而每辆正在道路上疾驰的燃油车都在加剧这一威胁。

幸运的是，更好的电池技术不仅仅是在开发中，它已经开始进入市场。

新材料的可能性

在电动汽车领域，汽车制造商通常将几十个锂离子电池装入保护壳，称为模块。这些模块被组装成一个更大的电池组，为电动汽车提供动力。

然而，锂离子电池对电动车来说并不完全完美。除了爆燃风险外，普通电动汽车的平均续航能力为418公里。这足以满足日常出行需要，但也让很多司机对长距离的旅行感到担忧。

锂本身也有一些问题。锂矿的开采并不环保。而且现在，世界上甚至没有足够的锂矿来为我们提供所需材料。其他常用于锂离子电池的金属也有些或多或少不尽人意的问题。

要制造更好的电池，一个相对直接的方法是将不同的材料纳入传统的锂离子技术。新材料有其自身的优点和缺点，一些组合可能比其他组合更适合于电动汽车。

这些组合之一被称为磷酸铁锂电池，它将成本较低的材料纳入电池阴极。

虽然这些电池不能像其他锂离子电池那样装入大量的能量，但它们允许汽车制造商用更少的钱制造更多的电池，电动汽车的成本便随之降低，定价也会更易于接受。

磷酸铁锂电池已经在中国广泛使用。特斯拉2021年秋天宣布，它将开始在标准范围的车辆中使用这一化学成分。

另一种方法是改变电池阳极的材料。目前，许多锂离子电池的阳极是用石墨制成的，因为它相对便宜，而且能持续很长时间。但少数初创公司正在使用硅，也就是用于制造计算机芯片的材料。

使用硅阳极的电池可以保持10倍于石墨阳极的电量，并提高电池的整体能量容量。Sila纳米技术公司、NEO电池材料公司和Enovix等公司目前正在进行相关研发和设计。

一个坚固的新形态

正如其名，为固态电池使用固体电解质代替传统电解质。

这种固体材料不是一个巨大的块状物，而是像玻璃或陶瓷一样的单层材料。固体电解质更紧凑，这意味着固态电池可以更小，储存更多能量。它也不像传统的锂离子电池那样易燃，不需要相同的冷却基础设施。

固态电池仍然面临一些障碍。

它们价格昂贵，难以大规模生产，所以到目前为止主要出现在实验室里。此外，许多固态电池设计的阳极是由锂金属制成的，而不是石墨。这种锂金属有时会形成树枝状物，即从阳极泄漏到电解液中的金属分支，这可能导致固态电池破裂和短路。

当然，并不是说这些电池的未来只有死路一条。

它们已经被纳入一些心脏起搏器、耳机原型和其他电子设备中，现在汽车巨头们正在研究如何调整技术，使它们最终也能在汽车中发挥作用。

目前甚至已经有了一些令人鼓舞的进展迹象。

大众汽车、福特汽车和Stellantis都对该技术进行了投资。丰田也计划在2025年之前发布一款使用固态电池的混合动力车，日产希望在2028年之前推出一款使用固态电池的电动汽车。

另一家名为QuantumScape的公司则分享了一个更加大胆的研究，能够使它发挥作用，甚至比其他电池充电更快——一种根本不需要阳极的固态电池。

与产品融为一体

最终，锂离子电池可能看起来根本不像我们印象中的电池。它们会成为自己所供给的产品或设备的一部分，与其融为一体。

这就是结构性电池背后的想法。例如，电池会成为汽车车身或飞机机身的一部分。

这一方法可以解决电池的一个基本挑战，减少尺寸和重量。从理论上讲，允许一个汽车部件同时作为能源，可以减少电动汽车的整体尺寸。这也意味着，有可能在整体上使用更少的原材料。

这一概念正逐渐被纳入已经上路的车辆中。

特斯拉设计了一种新的结构性电池，将直接附着在其Y型车的座椅上。同样，沃尔沃计划通过设计电池以支撑汽车地板，通用汽车也已经推出了使用电池来加强车辆底盘的车型。

现在听起来，这些可能只是很小的调整。但未来，我们极有可能看到完全由自己的身体驱动电力的汽车，甚至是飞机。

电池是为汽车提供动力的主人公，但它可并不是只有这一项工作。

为了摆脱化石燃料的影响，我们需要使用可再生能源，如太阳能和风能。但是，由于太阳和风并不总是在需要的时候刚好出现，我们只能对其能源进行储存。

这意味着我们的家庭、城市，甚至电网都将需要电池，而且是非常非常大的电池。

这些电池不一定会与电动汽车电池有相同的需求，就像为汽车供电和为手机供电的电池同样是两回事儿。

幸好为房子储存能量的电池不需要特别轻，也不需要多快。也就是说这些电池根本不一定需要锂，可以用新兴的替代品，如钠和锌来供电。

尽管组成和用途不一，它们都将在提供动力和减缓气候变化方面发挥关键作用。

在未来，我们会有更多的选项，甚至可能用便携式核反应堆为电动汽车提供动力。不过很显然，这些想法目前真的只是想想罢了。