想要生產(chǎn)出更便宜、更安全、一次充電可行駛500英里（804.67公里）的電動(dòng)汽車，汽車工業(yè)需要在動(dòng)力電池技術(shù)上有突破。

但，說起來容易做起來難。

日本、中國(guó)和美國(guó)的科學(xué)家正在努力破解如何大幅提高電池能量密度的密碼，想盡辦法使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程能與滿油箱的汽油相一致。

這種追求集中在固態(tài)電池技術(shù)上，即對(duì)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造，使用固體材料代替易燃液體，來實(shí)現(xiàn)充電和放電。

這項(xiàng)技術(shù)，要對(duì)現(xiàn)有的鋰離子電池組進(jìn)行重大改進(jìn)，汽車制造商表示，鋰離子電池組的存儲(chǔ)能力已經(jīng)達(dá)到極限，可能永遠(yuǎn)無法為長(zhǎng)續(xù)航的車型提供足夠的電力。

如果能夠掌握固態(tài)電池技術(shù)，將加速內(nèi)燃機(jī)汽車的消亡，并有可能將電動(dòng)汽車的充電時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)減少到10分鐘左右。

特斯拉公司現(xiàn)在建立的增壓器網(wǎng)絡(luò)，能提供快速充電，大約需要30分鐘，就能使一輛電量耗盡的電動(dòng)汽車充滿80%的電量。

“除了固態(tài)技術(shù)，我們找不到其他途徑實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，”福特汽車公司能源存儲(chǔ)戰(zhàn)略和研究高級(jí)經(jīng)理泰德·米勒（Ted Miller）說，他研究了各種旨在提供更強(qiáng)大電動(dòng)汽車電池的技術(shù)。“我現(xiàn)在無法預(yù)測(cè)的是，誰能將把它商業(yè)化。”

目前，裝有固態(tài)電池的最好的原型車，只夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)人駕駛一輛汽車穿過日本富士山附近的豐田汽車公司停車場(chǎng)。

像戴姆勒和菲斯克這樣的汽車公司、中國(guó)鋰業(yè)巨頭、法國(guó)石油公司Total SA、以及麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)旗下的公司都在致力于這項(xiàng)工作。

菲斯克最早可能在今年進(jìn)行車輛測(cè)試，而豐田和戴姆勒的時(shí)間表將會(huì)延長(zhǎng)到2020年。

固態(tài)電池技術(shù)利害攸關(guān)。電動(dòng)汽車被廣泛采用，預(yù)示著鋰離子電池將會(huì)出現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)，而鋰離子電池是內(nèi)燃機(jī)電動(dòng)汽車的主要替代品。

彭博社NEF的最新報(bào)告發(fā)現(xiàn)，2017年，電動(dòng)公交車和乘用車的鋰離子電池需求為440億瓦特小時(shí)——預(yù)計(jì)到2030年，這一需求將激增至每年1500億瓦特小時(shí)以上。

根據(jù)瑞銀集團(tuán)(UBS Group AG)的數(shù)據(jù)，到2025年，所有電動(dòng)汽車電池的市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到840億美元左右，而目前的市場(chǎng)價(jià)值約為230億美元。

無論是哪家公司掌握了一個(gè)可行的、性能優(yōu)于鋰離子技術(shù)的固態(tài)電池技術(shù)，就可以在這個(gè)市場(chǎng)占據(jù)上風(fēng)。

開發(fā)固態(tài)電池需要什么

鋰離子技術(shù)是數(shù)十年來移動(dòng)電話和個(gè)人電子產(chǎn)品領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，后來發(fā)展成電動(dòng)汽車和公用事業(yè)規(guī)模的儲(chǔ)能技術(shù)。

鋰離子技術(shù)，利用液態(tài)電解質(zhì)在電池的正極和負(fù)極之間穿梭，為電池充電或放電。固態(tài)電池，顧名思義，是用諸如陶瓷、玻璃或聚合物之類的固體材料取代這種液態(tài)電解質(zhì)。

這將降低電池起火的風(fēng)險(xiǎn)，并能夠造出來更薄的電池和更小的電池組，能夠放在汽車座椅下面。

研究人員還希望將固體電解質(zhì)與鋰金屬陽極配對(duì)，以提高能量密度，并使電動(dòng)汽車能夠不間斷地行駛更長(zhǎng)的距離。

這可能有助于消除消費(fèi)者對(duì)電池在途中耗盡的擔(dān)憂，從而提高銷售額。

要做到這一點(diǎn)，需要解決一系列的難題。目前，原型車中的電池續(xù)航能力對(duì)于汽車來說太短，導(dǎo)電性差，成本也不具競(jìng)爭(zhēng)力。有時(shí)在充電或放電時(shí)材料會(huì)劇烈膨脹和縮水。

日本鋰離子電池技術(shù)和評(píng)估中心（Consortium for Lithium Ion Battery Technology and Evaluation Center）的常務(wù)董事Yasuo Ishiguro說，當(dāng)科學(xué)家解決一個(gè)問題時(shí)，通常會(huì)加劇另一個(gè)問題。

這個(gè)組織由25家公司——包括豐田、松下和日產(chǎn)汽車等——發(fā)起，得到了大約9000萬美元的政府資金支持，以加快研究進(jìn)展。

“在所有的玩家中，似乎每個(gè)人都解決了固態(tài)電池技術(shù)中最重要的事情中的一件、兩件或三件，但是沒有人真正解決了所有的事情，”亨里克·菲斯克( Henrik Fisker )說，他是菲斯克的董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官。

中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所將在兩年內(nèi)進(jìn)行汽車試驗(yàn)，并考慮在2025年之前推出商業(yè)產(chǎn)品。中國(guó)最大的電池生產(chǎn)商寧德時(shí)代也將固態(tài)電池納入了研究之中。

韓國(guó)的三星SDI公司、 SK Innovation公司和現(xiàn)代汽車公司表示，它們也在研究這項(xiàng)技術(shù)，英國(guó)家用電器制造商戴森也在研究這項(xiàng)技術(shù)，這家公司目前正在布局電動(dòng)汽車。

總部設(shè)在德國(guó)斯圖加特的戴姆勒電池研究主管安德烈亞斯·欣騰納赫(Andreas hinnach)表示：“對(duì)于乘用車來說，我們應(yīng)該在本世紀(jì)20年代初看到原型車出現(xiàn)。”

包括梅賽德斯-奔馳在內(nèi)的汽車制造商上個(gè)月表示，在2030年前訂購(gòu)價(jià)值230億美元的現(xiàn)代鋰離子電池。

大眾汽車公司計(jì)劃與合作伙伴QuantumScape公司在2022年開始試生產(chǎn)。

這些時(shí)間表可能證明是樂觀的。

“這是一個(gè)殘酷的戰(zhàn)場(chǎng)，現(xiàn)在還沒有人能夠走到讓這些電池發(fā)揮作用的地方，”行業(yè)顧問、位于科羅拉多州博爾德市的凱恩能源研究顧問公司的董事總經(jīng)理薩姆·賈菲（Sam Jaffe）說。

彭博社NEF駐倫敦分析師詹姆斯·弗里斯（James Frith）表示，在21世紀(jì)20年代結(jié)束之前，具有各種優(yōu)勢(shì)的固態(tài)電池將會(huì)問世，即使到那個(gè)時(shí)候，出售的價(jià)格也會(huì)很高。

特斯拉表示，它經(jīng)常與開發(fā)者交流，并關(guān)注電池原型，但它還沒有看到一種比現(xiàn)有的鋰離子電池組更好的技術(shù)。 它的Model 3 一次充電最遠(yuǎn)可行駛335英里(539公里)。

“我們已經(jīng)盡可能努力了，”特斯拉首席技術(shù)官斯特勞貝爾（JB Straubel）在6月份的年會(huì)上說。“我們保持著虛心的態(tài)度，我們很想找到它，但還沒有找到。”

特斯拉供應(yīng)商松下表示，它將繼續(xù)研究固態(tài)電池技術(shù)，盡管“在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之前還有許多障礙”。

豐田的突破潛力

根據(jù)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、學(xué)者和專利數(shù)據(jù)，最有望取得突破的是豐田。

根據(jù)彭博法律的湯米·沈(Tommy Shen)的分析，這家亞洲最大的汽車制造商至少擁有233項(xiàng)專利或技術(shù)申請(qǐng)，幾乎是最接近它的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的三倍。

根據(jù)去年10月份發(fā)布的年度報(bào)告，這家公司在電池業(yè)務(wù)上投資了1.5萬億日元(943億人民幣) ，并計(jì)劃在本世紀(jì)20年代初將固態(tài)電池技術(shù)商業(yè)化。

在過去的十年中，豐田公司一次部署了多達(dá)200名員工，主要在靠近富士山的東富士研究中心研發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。

這家公司在使用固態(tài)電池驅(qū)動(dòng)的數(shù)字鐘、兩輪滑板車和傳送帶方面取得了進(jìn)展，隨后在其單座低速汽車 COMS 的改裝版本中測(cè)試了該技術(shù)。

Ishiguro曾任豐田汽車公司的經(jīng)理，他說這款車對(duì)研究人員來說更像是一種啟發(fā)，而不是一種交通工具。

福特的米勒說，由于許多現(xiàn)有的電動(dòng)汽車電池制造商專注于提高銷量和降低成本，豐田的主要挑戰(zhàn)者可能是美國(guó)的創(chuàng)業(yè)公司。

為了提高這種可能性，大眾去年又拿出了1億美元，增加其在QuantumScape的股份，Quantumscape是由前斯坦福大學(xué)的研究人員創(chuàng)立的，總部位于加州圣何塞。

總部位于馬薩諸塞州沃本的Ionic Materials公司，得到了Sun Microsystems的聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·喬伊（Bill Joy）和汽車制造商雷諾、日產(chǎn)和三菱汽車組成的風(fēng)險(xiǎn)投資基金的支持。

麻省理工學(xué)院能源實(shí)驗(yàn)室旗下的SolidEnergy Systems公司同樣位于沃本，其首席執(zhí)行官胡啟朝（Qichao Hu）在去年10月份于日本大阪舉行的一個(gè)論壇上表示，預(yù)計(jì)在2021年后開始對(duì)電動(dòng)汽車上進(jìn)行試驗(yàn)。

Solid Power是位于科羅拉多州路易斯維爾的一家電池公司，自2017年12月以來一直與寶馬合作開發(fā)電池。

其首席執(zhí)行官道格坎貝爾（Doug Campbell）說，不需要再過5到10年，固態(tài)電池技術(shù)就能在汽車上具有商業(yè)可行性。

原標(biāo)題:電動(dòng)汽車想要爆發(fā)，必須有人“重新發(fā)明”電池