下一代電池路遙途艱？

左提督

能源領(lǐng)域的不斷拓展與應(yīng)用需求的一再提升使得我們必須加緊尋找新的電池技術(shù)路徑，各種電子設(shè)備與電動汽車都需要電池。不可否認，近些年電池技術(shù)在設(shè)計和安全標(biāo)準(zhǔn)方面一直在進步，但其也確實沒有顛覆性的創(chuàng)新表現(xiàn)，電池技術(shù)甚至已經(jīng)成為電子設(shè)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(tài)電池是距離產(chǎn)業(yè)化最近的下一代電池技術(shù)，已成學(xué)界與業(yè)界的共識。

鋰電池的盛宴持續(xù)

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(fā)明，前者事關(guān)計算機的誕生，后者則為難以計數(shù)的各式電子設(shè)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(huán)境適應(yīng)性、較好的安全性與較長的使用壽命，鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，尤其在是智能手機與電動車輛方面，是當(dāng)前市場上的主流電池產(chǎn)品，不管有多少新型電池的新聞爆出，實現(xiàn)量產(chǎn)、占據(jù)市場主流的依然是鋰離子電池。在知名研究機構(gòu)Navigant Research發(fā)布的鋰電池企業(yè)競爭力排行榜上，LG化學(xué)、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(yè)排名靠前，三家中國企業(yè)亦表現(xiàn)優(yōu)異。數(shù)據(jù)顯示，中國生產(chǎn)了全球一半以上的鋰離子電池，據(jù)中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，近兩年中國鋰離子電池產(chǎn)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(yīng)用市場。

然而不容回避的一個事實是，作為現(xiàn)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(shù)并無根本上的差別。1991年，索尼公司所推出的可反復(fù)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(shè)備的快速發(fā)展迭代，讓企業(yè)一直致力于如何進一步優(yōu)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(yōu)化方案萬變未離其宗，且終有力有不逮之時。

此外，傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池已統(tǒng)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(wěn)定、續(xù)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(shù)都還有相當(dāng)可觀的可提高空間，電動汽車的“續(xù)航里程焦慮”“安全焦慮”“充電焦慮”問題遲遲未解。消費者的擔(dān)憂并非毫無緣由，“并非我不關(guān)心環(huán)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(chuàng)新性成果及產(chǎn)業(yè)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(shù)時刻都有微小的進步，鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的良好前景還可保持相當(dāng)長時間，這也不算壞事，新技術(shù)開發(fā)所需要的必然時限會讓其從容實現(xiàn)轉(zhuǎn)向再發(fā)展。

概念不乏變現(xiàn)多艱

能源問題的重要性被一再提及，儲能產(chǎn)品的研發(fā)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(yè)界人士的說法，“儲能是一項可解決重要問題的、極具挑戰(zhàn)性的突破性技術(shù)，而電池儲能在未來清潔能源發(fā)電中將起到不可忽略的作用。”

電池領(lǐng)域其實并不乏火熱的概念，氫燃料電池、石墨烯電池、質(zhì)子電池、全固態(tài)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(xù)時間，體積適宜還安全無虞，但最終都被證實并沒有實現(xiàn)真正意義上的突破，爭議從未間斷，想要達到正式商用的產(chǎn)業(yè)化尚有一段距離。

產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過剩使得電池行業(yè)的洗牌一輪接著一輪，加大研發(fā)力度推出更具核心競爭力的創(chuàng)新型產(chǎn)品方能在激烈競爭中存續(xù)下去。未雨綢繆，國內(nèi)外企業(yè)已經(jīng)開始積極投身全固態(tài)電池的技術(shù)研發(fā)，因其有著更高的能量密度與安全性能，循環(huán)壽命較長，自然比現(xiàn)時的傳統(tǒng)產(chǎn)品更具優(yōu)勢。以一款卷發(fā)棒賺足眼球的科技業(yè)巨頭戴森也寄望在固態(tài)電池領(lǐng)域有所作為，不但以近億美元收購了固態(tài)電池公司Sakti3，還與三星等企業(yè)一起向在固態(tài)電池方面有不俗表現(xiàn)的初創(chuàng)公司Ionic Materials投資數(shù)千萬美元。這期間車企的表現(xiàn)尤其搶眼，曾讓特斯拉黯然失色的Fisker宣稱正在開發(fā)充電1分鐘行駛500公里的固態(tài)電池;與特斯拉電池供應(yīng)商松下攜手的豐田一邊宣傳要加大氫能源研發(fā)力度，一邊表示將在數(shù)年后實現(xiàn)全固態(tài)電池的實用化，日產(chǎn)與本田也已加入進該計劃中;寶馬正與Solid Power合作開發(fā)下一代電動車用固態(tài)電池;大眾向擁有200多項固態(tài)電池技術(shù)專利和專利申請量的電池技術(shù)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(tài)電池生產(chǎn)線……一方面是各家企業(yè)的高姿態(tài)，另一方面圍繞固態(tài)電池的專利戰(zhàn)早已打響。數(shù)據(jù)顯示，截止去年第三季度，固態(tài)電池領(lǐng)域的公開專利數(shù)為1926件，其中全固態(tài)電池領(lǐng)域的專利數(shù)為371件;最顯眼的表現(xiàn)仍屬車企，豐田擁有252件固態(tài)電池專利，遙遙領(lǐng)先其他各方。這場全球范圍的企業(yè)布局卡位競爭中，盡管技術(shù)難題眾多，大規(guī)模量產(chǎn)不易，但各方都持樂觀態(tài)度，“技術(shù)上步步為營，應(yīng)用上梯次滲透”，固態(tài)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(xiàn)在’，那么固態(tài)電池就是‘未來’。”但也存在對固態(tài)電池持保留態(tài)度的機構(gòu)，德國能源與氣候研究院曾發(fā)出提醒：固態(tài)電池的充電效率與當(dāng)前的鋰電池差別不大，固態(tài)電池的使用壽命也并未與當(dāng)前的電池技術(shù)拉開明顯差距。

消弭誤區(qū)再談發(fā)展

電池技術(shù)是應(yīng)對能源、交通以及氣候變化等全球性問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，更偏重綠色環(huán)保屬性，一次電池向蓄電池轉(zhuǎn)化，更小、更輕、更薄是電池行業(yè)發(fā)展的三大特點，但“如果沒有特殊的爆發(fā)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(shù)。”

“電池技術(shù)的滯后制約著很多技術(shù)的發(fā)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(shè)備的其他使用感受，幾乎每個人都對設(shè)備所采用的電池使用時間難說滿意。雖然我們可以吐槽現(xiàn)在的電池產(chǎn)品不那么經(jīng)用，無比期待更加優(yōu)秀的電池產(chǎn)品，但一個事實是之所以有這樣的矛盾產(chǎn)生，并非電池產(chǎn)品本身不夠給力，而是當(dāng)代的各種設(shè)備功能更加強大也更加耗電了，按照《科學(xué)美國人》雜志的說法，“如果你把一部現(xiàn)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(chǎn)品其實正變得越來越好，只是還趕不上各種設(shè)備的能耗高需求而已。

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