IT 当续航1000KM成为硬指标电池技术何去何从当续航1000KM成为硬指标|电池技

造车热背后，电池革命也时常被人所提及。遗憾的是，多年过去，好像谁的命也没被革成。去年10月，一家名叫QuantumScape的美国固态电池新创公司宣称：“我们的新型电池不但能让电动车续航翻倍、15分钟完成充电工作，甚至还比现有的锂电池更为安全。”

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三个月后，大洋彼岸的中国，蔚来则在NIODay上发布了一款续航超1000km的车型。他们号称会配备固态电池技术，2022年第四季度正式开卖。
或许，QuantumScape和蔚来真可凭借固态电池带来一次真正的技术革命，但在实现这一目标之前，尚需瓦解锂电池建立的几十年的统治地位。
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电池革命为何迟迟不来？锂电池为何能够统治业界超三十年却屹立不倒？
答案比较简单：打造新型电池的化学方程式尚未出现。
“自18 世纪以来，电池的基本概念从未发生改变。”悉尼大学化学家、Gelion Technology的创始主席 Thomas Maschmeyer教授说道。
所有电池的主要构件无外乎三个：正极、负极、电解质（起催化剂作用）。
在上述三大元素不可改变的大前提下，如果业界想要实现革命性的技术突破，就必须对电池的化学成分做出调整。
过去几十年来，电池研究者们在元素周期表上可没少下功夫，目的则是能够找到代替锂电池的新型化合物。
主要路线分为两种：

一、研发超越锂电池能量密度的新型电池，比如固态电池、锂硫电池、锂空气电池等。
二、在已有电池中添加更多元素，如钠离子、铝离子和镁离子电池。

不过，改变电池化学成分说起来容易做起来难，解决一个问题的同时可能会带来多个新问题。
最主要的原因是电池在化学反应中会产生能量。
以常见的锂离子电池为例，它们会用到石墨负极和金属氧化物正极（通常是钴、镍、锰、铁或铝），而电解液则是有机溶剂中的锂盐。
当锂离子电池通电时，负极与电解液中的锂发生反应，产生电子积聚在负极周围，正极发生化学反应后就会吸引这些电子，产生电子流。
这一过程被称为还原—氧化过程。（也就是化学课上学的“氧化还原”反应。）
于一次性电池（比如遥控器里的AA电池）来说，电子流只需朝着一个方向工作。
但在充电电池上，电子流的运动过程就变成可逆的了。也就是说，在正极和负极之间穿梭的电子必须买张“往返票”，而且不会消耗或破坏活性化学物质。
锂离子电池之上，氧化还原反应简直是教科书级别的。在电池材料开始退化之前，电子可以双向移动，实现数千次循环。
可惜的是，这世上万事皆有缺憾：充放电循环会产生微小的金属晶须（被称为树突），这些晶须会穿过电解液，缩短电池寿命。
在极少数情况下，锂离子电池还会起火（想想当年出现燃损事故的 Note 7）。
那么，如果换种成分，将锂换成镁呢？后者更容易开采，而且能够达到类似的能量密度。
事实证明：镁离子电池理论没问题，实践一团糟。
对锂有效的化学反应对镁不起作用，而且对钠、铝或任何其他体系都不起作用。在锂离子电池中，锂可以通过嵌入的过程扩散并稳定在石墨负极内，但镁不行。
它不但无法稳定在负极之内，镁还会在负极发生反应，形成固体电解质界面膜（SEI），进一步阻碍镁离子在电极和电解液之间的扩散。一旦这层界面膜出现，电池性能会迅速下降。
镁元素遭遇的问题并不罕见，不少要将锂元素打下神坛的化学成分都能实现充放电功能，但做得都不够完美。
显然，扩散能力弱意味着镁离子电池无法储存大量能量。锂空气电池虽然实现了高能量密度，但在稳定性方面存在问题。
至于钠，虽然它是地球上储量最为丰富的化学元素，但钠离子电池能量密度很低，根本无法用于消费电子产品或电动车。
这么多锂电池的变体中，唯一投入市场的恐怕只有锂硫电池了。
这项技术被人们所期待的最主要原因是：它能将电池能量密度提到传统锂离子电池的5倍。
不过，锂硫电池也不完美，因为锂和硫会发生化学反应，产生多硫化锂。这种物质的溶解度很高，能扩散到电解液中并穿过分隔正极和负极的隔膜。
多硫化锂可不是人们想要的氧化还原反应，因为它会覆盖负极并使其钝化，随后就是容量的迅速降低，直至电池最终罢工。
这个过程叫做多硫化物重组，二十多年来，它让研究人员们伤透了脑筋，尽管做了大量改善工作，但仍然难以找到商业化落地的变通方法。