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。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。

包括宁德时代和LG新能源在内，全球主要的电池制造商都在重新思考电池的更多可能性，使它们能够在电动汽车的应用中更好地发挥作用。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。

甚至政府也参与其中。

2022年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用于传统的锂离子技术。新材料各自具有优缺点，一些新的排列组合可能更适合电动汽车。

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，马斯克在2021年秋天宣布，特斯拉也将开始在部分车型中使用磷酸铁锂。

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。

固态电池的发展

关于固态电池，目前有一个代表性的想法是，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。

但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。

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。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最基本的尺寸和重量问题。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。

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。