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(dòng)汽車都需要電池。不可否認(rèn)，近些年電池技術(shù)在設(shè)計(jì)和安全標(biāo)準(zhǔn)方面一直在進(jìn)步，但其也確實(shí)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(jìn)化路徑上的一大阻礙抑或短板。同時(shí)具備“容量大”、“低碳”、“安全”、“便攜”等要素才是下一代電池的賣點(diǎn)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(shí)。

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(duì)人類歷史影響深遠(yuǎn)的兩大重要發(fā)明，前者事關(guān)計(jì)算機(jī)的誕生，后者則為難以計(jì)數(shù)的各式電子設(shè)備提供能耗。上世紀(jì)70年代，第一顆鋰離子電池誕生。因?yàn)檩^強(qiáng)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(gè)領(lǐng)域，尤其在是智能手機(jī)與電動(dòng)車輛方面，是當(dāng)前市場(chǎng)上的主流電池產(chǎn)品，不管有多少新型電池的新聞爆出，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)、占據(jù)市場(chǎng)主流的依然是鋰離子電池。在知名研究機(jī)構(gòu)Navigant Research發(fā)布的鋰電池企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)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(shí)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(huì)的統(tǒng)計(jì)，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(dòng)力電池應(yīng)用市場(chǎng)。

然而不容回避的一個(gè)事實(shí)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(dòng)時(shí)代不虞有能耗之煩惱。智能手機(jī)、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(jìn)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(shí)。

此外，傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池已統(tǒng)治動(dòng)力電池市場(chǎng)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(rèn)，目前無論哪一款電動(dòng)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(dòng)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(fèi)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?yàn)殡姵睾谋M而卡在郊外的公路上?！?/p>

這也難怪有人感嘆，鋰電池用了十余年時(shí)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(shí)間了。而若換一個(gè)角度來看，鋰離子電池的技術(shù)時(shí)刻都有微小的進(jìn)步，鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的良好前景還可保持相當(dāng)長時(shí)間，這也不算壞事，新技術(shù)開發(fā)所需要的必然時(shí)限會(huì)讓其從容實(shí)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(chǔ)能產(chǎn)品的研發(fā)卻未見明顯提速，下一代電池何時(shí)粉墨登場(chǎng)牽動(dòng)各方心緒。按照業(yè)界人士的說法，“儲(chǔ)能是一項(xiàng)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(chǔ)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(shí)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(shí)刷屏。每一款新概念電池初始都會(huì)宣稱能夠延長電池壽命且縮短充續(xù)時(shí)間，體積適宜還安全無虞，但最終都被證實(shí)并沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的突破，爭(zhēng)議從未間斷，想要達(dá)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(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新型產(chǎn)品方能在激烈競(jìng)爭(zhēng)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(shí)的傳統(tǒng)產(chǎn)品更具優(yōu)勢(shì)。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(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的實(shí)用化，日產(chǎn)與本田也已加入進(jìn)該計(jì)劃中;寶馬正與Solid Power合作開發(fā)下一代電動(dòng)車用固態(tài)電池;大眾向擁有200多項(xiàng)固態(tài)電池技術(shù)專利和專利申請(qǐng)量的電池技術(shù)公司Quantum Scape投資1億美元，還計(jì)劃與其合資力爭(zhēng)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(chǎng)全球范圍的企業(yè)布局卡位競(jìng)爭(zhēng)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(jìn)路徑已然明晰。

有觀點(diǎn)不無詼諧地表示，“如果說磷酸鐵鋰電池是‘過去’（實(shí)則其市場(chǎng)占比依然不?。囯姵厥恰F(xiàn)在’，那么固態(tài)電池就是‘未來’。”但也存在對(duì)固態(tài)電池持保留態(tài)度的機(jī)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(duì)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(diǎn)，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)?！?/p>

“電池技術(shù)的滯后制約著很多技術(shù)的發(fā)展”，這是一個(gè)看似正確，實(shí)則不算完全客觀的論斷。拋開對(duì)電子設(shè)備的其他使用感受，幾乎每個(gè)人都對(duì)設(shè)備所采用的電池使用時(shí)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(gè)事實(shí)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(qiáng)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(jī)的電池放到一部1995年的手機(jī)上面，其一次充電就夠用滿一年?！币簿褪钦f，一代代電池產(chǎn)品其實(shí)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(xiàng)技術(shù)都在隨著時(shí)間的推移而進(jìn)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(huì)太過遙遠(yuǎn)。