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由前英飛朗 CEO Jagdeep Singh聯(lián)合斯坦福大學(xué)科學(xué)家 Fritz Prinz、Tim Holme 共同創(chuàng)立的固態(tài)鋰金屬電池公司 QuantumScape 于近日表示，其鋰金屬電池將很快應(yīng)用到汽車和卡車上，但有一些觀察家仍持懷疑態(tài)度。

鋰，是周期表上最輕的金屬，一直以來，科學(xué)家們認(rèn)為鋰金屬電池是理想的儲能技術(shù)。

數(shù)十年來，研究人員、企業(yè)一直在嘗試制造經(jīng)濟實惠、可充電、不易燃的鋰金屬電池，但都失敗了。

電池公司 QuantumScape 位于加州圣何塞，資金雄厚但卻不為人知。在今年早些時候，該公司首席執(zhí)行官賈迪普?辛格接受 The Mobilist 采訪，稱已經(jīng)克服了關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。辛格補充說，預(yù)計到 2025 年，大眾公司將在大眾汽車和卡車上使用 QuantumScape 電池，以削減成本、提高大眾電動汽車的續(xù)航里程。

QuantumScape 于 11 月上市，現(xiàn)在市值約為 200 億美元，但目前還沒有產(chǎn)品或收入，并且預(yù)計在 2024 年之前也不會有收入。大眾已經(jīng)向該公司投資了 3 億多美元，并與之成立了一家合資企業(yè)來生產(chǎn)電池，QuantumScape 還從其他大型投資者那籌集了數(shù)億美元的資金。

不過，直到現(xiàn)在，辛格還是很少透露有關(guān)電池的細(xì)節(jié)。研究人員、競爭對手和記者都從專利文件、投資者文件和其他渠道尋找線索，以了解該公司究竟以何種方式、取得了哪些成果。

在 12 月 8 日的新聞公告中，QuantumScape 終于提供了實驗室測試的技術(shù)結(jié)果：QuantumScape 研制了一款半固態(tài)電池，大多數(shù)電池靠電解液來促進帶電原子在設(shè)備中移動，而這種電池使用的則是固態(tài)電解質(zhì)。

由于使用固態(tài)電解質(zhì)或能提高安全性和能量密度，眾多研究人員和企業(yè)都在探索能否將其用于化學(xué)電池。但以往經(jīng)驗表明，開發(fā)難度很高。

不過，QuantumScape 仍隱瞞其電池的某些細(xì)節(jié)，如所使用的一些關(guān)鍵材料和工藝。而一些專家仍然懷疑 QuantumScape 是否真正解決了棘手的技術(shù)挑戰(zhàn)。如果技術(shù)挑戰(zhàn)得以解決，在未來五年內(nèi)，鋰電池或能用于商用車。

測試結(jié)果

在接受《麻省理工科技評論》采訪時，辛格表示，QuantumScape 已經(jīng)證明所研發(fā)的電池將有效滿足消費者五大需求，即成本更低、續(xù)航里程更多、充電時間更短、壽命更長以及安全性更高。而迄今為止，電動汽車銷量占美國新車銷量比例仍低于 2%，正是因為這五大需求無法得到滿足。

辛格說：“只要電池能夠滿足這些要求，相當(dāng)于打開了 98% 的市場，現(xiàn)在任何方法都達不到這樣的效果。”

QuantumScape 電池的表現(xiàn)確實出類拔萃，在去年的一項測試中，美國汽車媒體 MotorTrend 發(fā)現(xiàn)，一輛電量為 5% 的 Model 3 汽車，使用特斯拉的 V3 超級充電器充到 90% 花了 37 分鐘。而 QuantumScape 電池不到 15 分鐘就能充到 80%，并且在 800 次充電周期內(nèi)可保持 80% 以上的容量，大致相當(dāng)于行駛 24 萬英里。即使充電和放電非常頻繁，電池性能也幾乎沒有打折扣。

QuantumScape 還表示，雖然還沒有經(jīng)過測試，但該電池能支持的行駛里程，可能會超過 80% 以上標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池支持的電動汽車行駛里程。

馬里蘭大學(xué)化學(xué)和生物分子工程助理教授保羅?艾伯特斯說：“QuantumScape 的數(shù)據(jù)太漂亮了。” 據(jù)悉，艾伯特斯曾是美國能源先進研究計劃局的 IonICS 項目主管，研究固態(tài)電解質(zhì)，與 QuantumScape 沒有任何隸屬或財務(wù)關(guān)系。

艾伯特斯補充說，QuantumScape 在鋰金屬電池方面 “令其他人望塵莫及”，“QuantumScape 都跑完一場馬拉松了，而其他人只跑了 5 公里。”

如何實現(xiàn)？

那么，QuantumScape 如何取得這些成就呢？

現(xiàn)在電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池中，陽極主要是由石墨制成，便于儲存在電池中來回穿梭的鋰離子。在鋰金屬電池中，陽極就是由鋰制成。那么，幾乎每一個電子都可以用來儲存能量，所以鋰金屬電池能量密度可能更大。

但幾大挑戰(zhàn)隨之而來。首先，鋰極不穩(wěn)定。如果鋰接觸到支持離子移動的電解液等液體，可能會引發(fā)副反應(yīng)，導(dǎo)致電池退化或起火。其次，鋰離子流動會形成所謂樹枝狀的針狀物，可能刺穿電池中間的分離器，導(dǎo)致電池短路。

多年來，研究人員為了解決上述問題，利用陶瓷、聚合物和其他材料，試圖開發(fā)出不與鋰金屬反應(yīng)的固態(tài)電解質(zhì)。

QuantumScape 的重要創(chuàng)新之一為開發(fā)出一種固態(tài)陶瓷電解質(zhì)，該電解質(zhì)也是分離器。這種電解質(zhì)只有幾十微米厚，能抑制樹枝狀物的形成，同時鋰離子也能輕松來回通過。電池陰極側(cè)的電解液是某種形式的凝膠，所以 QuantumScape 電池不是完全固態(tài)電池。

辛格拒絕說明所使用的材料，稱其為最高商業(yè)機密。一些電池專家則根據(jù)專利文件猜測他們使用了一種名為 LLZO 的氧化物。找到這種材料花了五年時間，為防止出現(xiàn)缺陷和樹枝狀物，又花了五年時間研發(fā)有效組成、確定制造工藝。

QuantumScape 認(rèn)為，電池采用固態(tài)技術(shù)，將比目前的鋰離子電池更安全。鋰離子電池在極端情況下仍會偶爾起火。

另一個重要進步是，QuantumScape 電池沒有明顯區(qū)分出陽極。參見 QuantumScape 視頻，可了解更多 “無陽極” 設(shè)計。

電池充電時，陰極側(cè)的鋰離子會穿過分離器，并在分離器和電池末端的電觸點之間形成平面層。放電時，幾乎所有的鋰離子都會回到陰極。這樣一來，不需要任何不直接參與儲能或載流工作，只需儲存離子的陽極，便可以從而減少電池重量、減小體積。QuantumScape 表示，制造成本也會下降。

其余風(fēng)險

然而，還有一個問題懸而未決。QuantumScape 是在單層電池上進行實驗室測試。而汽車電池需要有幾十層電池一起工作。從試驗到商業(yè)化生產(chǎn)是儲能領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)，許多曾經(jīng)很有前途的電池初創(chuàng)企業(yè)都沒有跨過這個坎，一敗涂地。

艾伯特斯指出，許多公司都曾過早宣稱電池取得突破，人們失望太多次了，于是對任何新電池都會起疑。艾伯特斯希望，QuantumScape 能將電池提交給國家實驗室，在標(biāo)準(zhǔn)化條件下進行獨立測試。

其他行業(yè)觀察家也表示，如果 QuantumScape 到目前為止只對單層電池進行嚴(yán)格測試，那么該公司能否通過規(guī)?；桶踩珳y試，并在 2025 年之前將電池用于車輛依然存疑。

電池初創(chuàng)公司 Sila Nanotechnologies 是 QuantumScape 的競爭對手。Sila Nanotechnologies 正在開發(fā)一種用于鋰離子電池的能量密度陰極材料，并在 The Mobilist 報道前一天發(fā)布了一份白皮書，指出固態(tài)鋰金屬電池面臨的一連串技術(shù)挑戰(zhàn)。白皮書指出，考慮到保證鋰金屬電池工作所需的所有額外措施，各公司又在努力研發(fā)商業(yè)電池，鋰金屬許多理論優(yōu)勢都會減少。

但白皮書也強調(diào)，采購、生產(chǎn)、運輸和安裝鋰離子的大規(guī)模全球基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)存在，鋰金屬電池如何與之競爭實為最大挑戰(zhàn)。

巨大賭注

但其他觀察家表示，最新進展既表明，鋰金屬電池能量密度將大大超過鋰離子電池，也表明可以解決阻礙鋰金屬電池發(fā)展的問題。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)副教授文卡特?維斯瓦納森維斯瓦納森曾研究鋰金屬電池，并為 QuantumScape 公司做過咨詢工作。他說：“過去的問題是鋰金屬電池會不會有，現(xiàn)在是鋰金屬電池什么時候能用上。”

辛格承認(rèn)，公司仍然面臨挑戰(zhàn)，但堅持認(rèn)為挑戰(zhàn)在于制造和擴大生產(chǎn)規(guī)模方面。辛格認(rèn)為，化學(xué)方面的工作已經(jīng)足夠。

辛格還指出，公司現(xiàn)在擁有 10 億美元資金，走向商業(yè)化生產(chǎn)將如虎添翼。

問及既然沒有獨立研究結(jié)果、為什么記者要相信公司結(jié)果，辛格強調(diào)，為保持透明度，分享的數(shù)據(jù)已盡可能多。辛格還補充說，QuantumScape 不是 “做學(xué)術(shù)研究的”。

辛格說：“說實話，也請你們不要介意，我們并不太在意你們在想什么。我們關(guān)心的是客戶?？蛻粢呀?jīng)看到了數(shù)據(jù)，在自己的實驗室里進行了測試，效果也很好，于是下了大賭注。大眾公司已經(jīng)傾其所有了。”

換句話說，要知道 QuantumScape 是否如其所稱完全解決了問題，就看大眾能否在 2025 年之前在汽車上配置 QuantumScape 電池了。