很難想象如果生活中沒有了電池會(huì)是什么樣子。且不說滿大街送外賣的快遞小哥要急紅了眼，大多數(shù)已經(jīng)患上“電子產(chǎn)品重度依賴晚癌”的現(xiàn)代人顯然無法適應(yīng)沒有了愛瘋、PSP的日子；放眼望去，滿大街溜溜跑的純電動(dòng)汽車失去了用武之地，由一塊小小的電池建構(gòu)起的現(xiàn)代生活似乎瞬間分崩離析...

    只要經(jīng)常各地飛的朋友們不難發(fā)現(xiàn)，機(jī)場(chǎng)里除了咖啡館和各種餐館常常人滿為患，大家候機(jī)時(shí)最喜歡待得地方，莫過于各個(gè)登機(jī)口旁邊放置的充電柱，因?yàn)楝F(xiàn)在無論哪個(gè)牌子的智能手機(jī)，如果連續(xù)使用，續(xù)航都超不過6~8個(gè)小時(shí)；而面對(duì)市場(chǎng)上眾多品牌的電動(dòng)車型，單次充電續(xù)航里程的多少，也成了消費(fèi)者購(gòu)買電動(dòng)汽車的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)，甚至“里程焦慮”（Range Anxiety）這樣的詞匯也應(yīng)運(yùn)而生。

    原地踏步？

    像電池這種在現(xiàn)代生活中扮演著重要角色的儲(chǔ)能產(chǎn)品，卻遲遲跟不上前沿科技快速前進(jìn)的腳步，而赤裸裸的現(xiàn)實(shí)只會(huì)令人更加郁悶，特別是硅谷很多創(chuàng)業(yè)家對(duì)電池技術(shù)的發(fā)展缺乏類似“摩爾定律（Moore's Law）”這樣的理論支撐而深感惋惜。

    “摩爾定律”是由英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾于1965年提出的，他預(yù)測(cè)“計(jì)算機(jī)芯片每18個(gè)月性能都會(huì)翻倍，但成本卻在逐漸降低”。對(duì)英特爾這樣的芯片商而言，摩爾定律的出現(xiàn)反倒成了刺激其技術(shù)突破的外部力量，所以電池產(chǎn)業(yè)亟待一場(chǎng)能夠帶來翻天覆地變化的革命力量。

    誠(chéng)然，我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾姵匾呀?jīng)在性能上有了大幅提升，但是相比摩爾定律描述的芯片技術(shù)的革新速度，仍相差萬(wàn)里。目前大多數(shù)移動(dòng)電子設(shè)備和電動(dòng)汽車都靠鋰電池功能，而正是索尼在20世紀(jì)90年代將其實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。在過去的幾年里，鋰電池的重量越來越輕，但容量和性能卻與日俱增，像蘋果MacBook Air使用的大尺寸鋰電池，在正常工作模式下，可實(shí)現(xiàn)12小時(shí)的超長(zhǎng)待機(jī)。

    美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory），電化學(xué)技術(shù)小組負(fù)責(zé)人Vincent Battaglia認(rèn)為“鋰電池是一種近乎理想的電池”。因?yàn)殇囀堑厍蛏现亓孔钶p的金屬，相比鉛、鋅和鎳鎘這些比重更大的替代品，它攜帶電子的能力更勝一籌。此外，鋰電池不會(huì)出現(xiàn)鎳鎘電池的“記憶效應(yīng)”，所以你完全不必等電量耗盡，隨充隨用也不用擔(dān)心會(huì)對(duì)電池造成傷害。

    但現(xiàn)在的焦點(diǎn)其實(shí)在鋰電池自身的相對(duì)短板上。鋰的過于活潑導(dǎo)致安全性問題，能量密度偏低，儲(chǔ)電成本偏高等。

    盡管目前很多科研人員都在努力嘗試，但大家面臨的主要問題在于如何將理想化的實(shí)驗(yàn)成果轉(zhuǎn)化為可大批量生產(chǎn)的、日常生活能夠使用的電池產(chǎn)品。由于在電極材料的選擇和制造工藝上，并無大幅改觀，因此不少科學(xué)家對(duì)鋰電池能量密度是否能在現(xiàn)有水平上得到進(jìn)一步提升，仍持保留意見。

    鋰電池電極、電解質(zhì)的各種創(chuàng)新

    目前Battaglia博士領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)小組正在研究一種名為“過渡金屬”（transition metals）的材料。這是一種由金屬錳、鎳、鈷和石墨組成的混合物，可用來充當(dāng)鋰電池的電極。Battaglia表示只要找到上述四種金屬的最佳配比，就能夠有效提高原有鋰電池的能量密度。相比開發(fā)一款全新電池產(chǎn)品所耗費(fèi)的精力和財(cái)力，這種“借力”的方式實(shí)在是有夠機(jī)智！

    其他機(jī)構(gòu)的研究人員則探索了多種提高電池能量密度的方式。來自美國(guó)斯坦福大學(xué)的崔毅和他的同事們正在開發(fā)一種薄膜，它的厚度只有原子大小，可用來包裹電池陽(yáng)極。據(jù)悉，經(jīng)過薄膜包裹處理后的陽(yáng)極能夠承載鋰離子的數(shù)量大幅增加，同時(shí)搭配用硫制成的陰極（硫，和金屬鋰類似，有著很高的能量密度），其存儲(chǔ)的電能總量約為同質(zhì)量鋰電池的5倍。

    無獨(dú)有偶，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的梁誠(chéng)度（音譯）及其研究團(tuán)隊(duì)有著類似的實(shí)驗(yàn)成果。他們正在開發(fā)的一款鋰硫電池并沒有采用傳統(tǒng)液態(tài)或膠狀的電解質(zhì)，而是“劍走偏鋒”的使用了固態(tài)電解質(zhì)，這使得電池本身會(huì)變得更加穩(wěn)定，即使能量密度大幅提升也不用擔(dān)心出現(xiàn)過熱起火的事故。不過遺憾的是，即便這些電池目前已經(jīng)具備了商業(yè)化的條件，但在正式推向市場(chǎng)之前，還有著很長(zhǎng)的一段路要走。

美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的鋰硫電池

    其實(shí)，一些體積非常小的固態(tài)電池在小型裝置和傳感器上并不陌生，它們經(jīng)常被用作微型芯片的備用電源。不過這種固態(tài)電池的生產(chǎn)方式和傳統(tǒng)鋰電池大為不同，和半導(dǎo)體的制作工藝頗為相似，即將電池材料通過“印刷”的方式置于底層基板上。

    盡管這種固態(tài)電池的能量密度極高，但如若生產(chǎn)用于手機(jī)和電動(dòng)汽車使用的大型產(chǎn)品，成本造價(jià)則太過昂貴。為此，已經(jīng)有很多公司在積極嘗試改變這一現(xiàn)狀。Sakti3作為密歇根州本土的一家電池供應(yīng)商，目標(biāo)是將“鋰-*電池”每千瓦時(shí)的儲(chǔ)能費(fèi)用降至100美元左右，而英國(guó)知名吸塵器制造商戴森近日則為這家公司注資1500萬(wàn)美金，用于支撐該研究項(xiàng)目的進(jìn)行。此外，德國(guó)大眾集團(tuán)數(shù)月前曾購(gòu)入一家位于硅谷、致力于固態(tài)電池研究的初創(chuàng)公司——QuantumScape的5%股權(quán)。

    從理論上來看，鋰空氣電池的能量密度最高，而空氣的使用則會(huì)大幅降低該電池的重量。盡管研究人員數(shù)年一直在嘗試制作類似的鋰電池，但目前還只是停留在試驗(yàn)階段，尚無任何可投入商用的重大成果推出。