鋰離子電池擁有強大的能量和長循環壽命。但他們有一個危險的傾向，會爆炸，導致傷亡，產品召回和禁飛。

研究人員稱固態鋰電池為更安全的替代品。這些設備將易燃液體電解質換成惰性固體，如塑料或陶瓷。但是研究人員幾十年來一直追求固態電池技術，卻沒有提出任何產品。

現在，馬薩諸塞州的SolidEnergySystems計劃成為第一家銷售這種電池的公司。該創業公司表示，與同樣重量的傳統鋰離子電池可以存儲的電池相比，它可以將兩倍的能量包裝到電池中。

這意味著設備可以工作兩倍的時間。例如，現在“先進的無人機有傳感器，攝像頭和處理器，所以電池只能維持20分鐘，而且很重，”創始人胡超超說。使用SolidEnergy的新電池，這些無人機可以飛行40分鐘或更長時間。

該公司目前正在測試無人駕駛飛機的電池，預計今年晚些時候將推出它們的電池，隨后在2019年推出可穿戴設備電池，2021年后推出電動車。

在今天的電池中，鋰鹽的稀溶液可用作電解質。其工作是在碳陽極和鋰過渡金屬氧化物陰極之間穿梭離子。一些陶瓷，聚合物和玻璃材料也可以做得很好。除了比液體產品更安全之外，這些替代品還可以支持純鋰陽極，這將提高能量密度。

20世紀80年代，鋰離子電池先驅最初選擇鋰金屬作為陽極。但是鋰金屬陽極迅速生長出長滿苔蘚的苔蘚狀晶須，它可以到達陰極并使電池短路。因此，電池研究人員轉向碳用于陽極。

SolidEnergy的解決方法是將純鋰箔制成的超薄陽極涂上一層混合聚合物陶瓷電解質，這種電解液可以抑制枝晶生長。另一種電解質，即鋰鹽糊狀物，放在陰極上。

陰極上的電解質含有足夠的溶劑以使鋰鹽在室溫下傳導離子。胡說，該設備技術上是半固體電池，但比傳統的鋰離子電池更安全。電池的能量密度約為每千克500瓦時，是傳統鋰離子電池250瓦時/千克的兩倍。缺點是它只能重復充電約200次，而傳統電池的重復次數卻不到1000次。

“有很多人試圖找到100％完美的固態方法，”胡說。“但我們認為我們的半固體方法已經足夠好了。”

其他實驗室仍然專注于最終固態電池的愿景。去年，德克薩斯大學奧斯汀分校的JohnGoodenough發布了一款堅固的玻璃電池。他和同事MariaHelenaBraga使用鋰摻雜的玻璃材料作為電解質。在他們最新的設計中，他們在4月份的美國化學學會雜志上報道，他們用特殊的增塑劑溶液涂覆柔性陰極。

固態電池的一個問題是，隨著各種材料以不同的速率膨脹和收縮，電池的界面破裂。Braga說，增塑劑起到防止開裂的緩沖作用。新的電池設計具有傳統鋰離子電池能量密度的兩倍，可以重復充電23,000次。

最近，行業巨頭也開始投資固態電池。本田，日產和豐田已與松下公司合作開發電動車。但是一些固體技術創業公司的高調收購已經出現。2015年，戴森收購了密歇根大學分拆Sakti3，計劃開發電動汽車電池，而德國巨頭博世收購了勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）的固態聚合物電池初創公司Seeo。兩家公司都已經拋棄了這些技術。

LBNL科學家兼化學工程師NitashBalsara說，鋰金屬電池并不容易，LBNL科學家兼化學工程師NitashBalsara在2007年與其他LBNL校友共同創辦了Seeo。“總體而言，只要電池行業是免費的，電池行業就非常重視安全性。”他說。“我認為[這是]一個錯誤。有足夠的空間來開發本質安全的鋰電池并將它們交給消費者。“

Balsara現在有一個新的創業公司BlueCurrent，它正在完善一種混合聚合物陶瓷電解質。聚合物不像陶瓷一樣傳導離子，但陶瓷很脆。Balsara說，這款混合動力車“混合兩全其美，為汽車充電更多能量，當汽車碰撞時不會破裂”。

紐約賓厄姆頓大學化學教授，鋰離子先驅M.StanleyWhittingham說，固態電池最終可能奏效，但他們仍然面臨工程挑戰。“在不久的將來，什么都不會取代鋰離子電池，”他說，預測固體和半固體電池將在未來5到10年內轉移到利基市場。“最終，挑戰是他們會是多么昂貴，”他說。

每千瓦時500美元的價格，SolidEnergy的電池價格比傳統的鋰離子電池高得多，現在售價約為200美元。但胡先生預計，隨著大規模制造業的成本下降，并與主要電池制造商進行談判。

“我們還沒有準備好實現電動汽車的最終目標，”胡承認。“但是我們已經滿足了無人機的關鍵性能要求，并且正在向EV電池取得巨大進展。”