從某種程度上講，所有現代鋰離子電池都是一種妥協，因為最初的概念是製造「鋰金屬」電池，可以在相同的體積下可以儲存更多的能量。但問題在於，鋰金屬電池的耐用性很差。
鋰電池在充電過程中會將鋰離子從陰極轉移到陽極，並會在這一過程中極具能量。這就需要中間有一個隔板，只能讓鋰離子通過，同時還需要導電電解質。
在鋰金屬電池中，穿梭的鋰離子在陽極側簡單地形成純金屬鋰。但是鋰有形成樹枝狀結構的趨勢，樹枝狀結構可以穿透陰極，導致電池短路。
而且由於這些電池中使用的液體電解質是易燃的，因此短路時就可能會起火。
解決方案之一就是使用石墨陽極。石墨的有序結構為鋰離子提供了存在空間，這大大降低了枝晶形成的風險。但是這種石墨可以佔據電池將近一半的體積，而且不會增加能量密度。雖然電池安全得到保證，但是性能卻削弱了。
近日，備受關注的電池技術公司QuantumScapehas宣布其已經解決了這個問題。
之所以說它備受關注，是因為其不僅拿到了比爾蓋茨、上汽、大眾的投資，而且團隊還很強大，包括谷歌前董事，大眾首席科學家，特斯拉的前CTO等。
改進鋰離子電池的一個方案是製造電解質材料，用以取代電池中的易燃成分，減少電解質和其他電池材料之間不必要的化學反應，這些化學反應會隨著時間的推移而導致電池性能下降。
QuantumScapehas在固體電解質方面的研究已經有大約十年，此前該項目從史丹福大學的一個實驗室剝離出來，並得到了美國能源部的一些資助。
在新聞發布會和視頻通話中，QuantumScape展示了它製造的電池，並提供了大量的測試數據。但是，這些測試尚未得到第三方獨立驗證。
QuantumScape表示，與傳統鋰離子電池相比，它的固態電池將能使電動汽車的續航裡程增加80%。而且，在800次充電循環後，仍能保持80%以上的容量。
安全方面，固態電池沒有起火風險。而且體積能量密度將超過每升1000瓦時，幾乎是頂級商用鋰離子電池組密度的兩倍。
從目前的一些信息得知，此次展示的新型電池為袋式電池，具有單片陰極層、固體電解質層和陽極接觸箔。陰極材料可能是一種鎳錳鈷陰極材料，這也是目前最常見的陰極材料。
在充電過程中，鋰離子離開陰極，穿過固體電解質層，並鍍在陽極箔上形成純鋰。這確實會導致電池的厚度在充電過程中略微膨脹，但QuantumScape表示問題不大，因為它只在一個方向上膨脹。
看起來，QuantumScape的研究要比實驗室成果更進一步。該公司表示，大約五年前，它確定了固體電解質的陶瓷材料，並從那時起一直在研究製造工藝。
雖然QuantumScape展示的測試電池包含一個大約一張撲克牌大小的電池夾層，但該公司表示，其實際的電池單元將更像一副包含許多堆疊層的撲克牌。
為此，QuantumScape需要規模化生產這些材料。這不僅僅是量產的問題，同時保持完美的質量。
QuantumScape已經獲得了巨額投資，而且還與大眾汽車建立屏一項合作協議，將合作延伸到製造階段。該公司計劃在2024年或2025年利用固態電池進入電動汽車市場。
編譯/前瞻經濟學人APP資訊組
原文來源：
https://arstechnica.com/science/2020/12/vw-partnered-quantumscape-claims-legitimate-battery-breakthrough/
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0242668
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