想要生產(chǎn)出更便宜、更安全、一次充電可行駛500英里（804.67公里）的電動汽車，汽車工業(yè)需要在動力電池技術(shù)上有突破。

但，說起來容易做起來難。

日本、中國和美國的科學(xué)家正在努力破解如何大幅提高電池能量密度的密碼，想盡辦法使電動汽車的續(xù)航里程能與滿油箱的汽油相一致。

這種追求集中在固態(tài)電池技術(shù)上，即對電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造，使用固體材料代替易燃液體，來實(shí)現(xiàn)充電和放電。

這項技術(shù)，要對現(xiàn)有的鋰離子電池組進(jìn)行重大改進(jìn)，汽車制造商表示，鋰離子電池組的存儲能力已經(jīng)達(dá)到極限，可能永遠(yuǎn)無法為長續(xù)航的車型提供足夠的電力。

如果能夠掌握固態(tài)電池技術(shù)，將加速內(nèi)燃機(jī)汽車的消亡，并有可能將電動汽車的充電時間從幾個小時減少到10分鐘左右。

特斯拉公司現(xiàn)在建立的增壓器網(wǎng)絡(luò)，能提供快速充電，大約需要30分鐘，就能使一輛電量耗盡的電動汽車充滿80%的電量。

“除了固態(tài)技術(shù)，我們找不到其他途徑實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，”福特汽車公司能源存儲戰(zhàn)略和研究高級經(jīng)理泰德·米勒（TedMiller）說，他研究了各種旨在提供更強(qiáng)大電動汽車電池的技術(shù)。“我現(xiàn)在無法預(yù)測的是，誰能將把它商業(yè)化。”

目前，裝有固態(tài)電池的最好的原型車，只夠驅(qū)動一個人駕駛一輛汽車穿過日本富士山附近的豐田汽車公司停車場。

像戴姆勒和菲斯克這樣的汽車公司、中國鋰業(yè)巨頭、法國石油公司TotalSA、以及麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)旗下的公司都在致力于這項工作。

菲斯克最早可能在今年進(jìn)行車輛測試，而豐田和戴姆勒的時間表將會延長到2020年。

固態(tài)電池技術(shù)利害攸關(guān)。電動汽車被廣泛采用，預(yù)示著鋰離子電池將會出現(xiàn)指數(shù)增長，而鋰離子電池是內(nèi)燃機(jī)電動汽車的主要替代品。

彭博社NEF的最新報告發(fā)現(xiàn)，2017年，電動公交車和乘用車的鋰離子電池需求為440億瓦特小時——預(yù)計到2030年，這一需求將激增至每年1500億瓦特小時以上。

根據(jù)瑞銀集團(tuán)(UBSGroupAG)的數(shù)據(jù)，到2025年，所有電動汽車電池的市場價值將達(dá)到840億美元左右，而目前的市場價值約為230億美元。

無論是哪家公司掌握了一個可行的、性能優(yōu)于鋰離子技術(shù)的固態(tài)電池技術(shù)，就可以在這個市場占據(jù)上風(fēng)。

開發(fā)固態(tài)電池需要什么

鋰離子技術(shù)是數(shù)十年來移動電話和個人電子產(chǎn)品領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，后來發(fā)展成電動汽車和公用事業(yè)規(guī)模的儲能技術(shù)。

鋰離子技術(shù)，利用液態(tài)電解質(zhì)在電池的正極和負(fù)極之間穿梭，為電池充電或放電。固態(tài)電池，顧名思義，是用諸如陶瓷、玻璃或聚合物之類的固體材料取代這種液態(tài)電解質(zhì)。

這將降低電池起火的風(fēng)險，并能夠造出來更薄的電池和更小的電池組，能夠放在汽車座椅下面。

研究人員還希望將固體電解質(zhì)與鋰金屬陽極配對，以提高能量密度，并使電動汽車能夠不間斷地行駛更長的距離。

這可能有助于消除消費(fèi)者對電池在途中耗盡的擔(dān)憂，從而提高銷售額。

要做到這一點(diǎn)，需要解決一系列的難題。目前，原型車中的電池續(xù)航能力對于汽車來說太短，導(dǎo)電性差，成本也不具競爭力。有時在充電或放電時材料會劇烈膨脹和縮水。

日本鋰離子電池技術(shù)和評估中心（ConsortiumforLithiumIonBatteryTechnologyandEvaluationCenter）的常務(wù)董事YasuoIshiguro說，當(dāng)科學(xué)家解決一個問題時，通常會加劇另一個問題。

這個組織由25家公司——包括豐田、松下和日產(chǎn)汽車等——發(fā)起，得到了大約9000萬美元的政府資金支持，以加快研究進(jìn)展。

“在所有的玩家中，似乎每個人都解決了固態(tài)電池技術(shù)中最重要的事情中的一件、兩件或三件，但是沒有人真正解決了所有的事情，”亨里克·菲斯克(HenrikFisker)說，他是菲斯克的董事長兼首席執(zhí)行官。

中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所將在兩年內(nèi)進(jìn)行汽車試驗(yàn)，并考慮在2025年之前推出商業(yè)產(chǎn)品。中國最大的電池生產(chǎn)商寧德時代也將固態(tài)電池納入了研究之中。

韓國的三星SDI公司、SKInnovation公司和現(xiàn)代汽車公司表示，它們也在研究這項技術(shù)，英國家用電器制造商戴森也在研究這項技術(shù)，這家公司目前正在布局電動汽車。

總部設(shè)在德國斯圖加特的戴姆勒電池研究主管安德烈亞斯·欣騰納赫(Andreashinnach)表示：“對于乘用車來說，我們應(yīng)該在本世紀(jì)20年代初看到原型車出現(xiàn)。”

包括梅賽德斯-奔馳在內(nèi)的汽車制造商上個月表示，在2030年前訂購價值230億美元的現(xiàn)代鋰離子電池。

大眾汽車公司計劃與合作伙伴QuantumScape公司在2022年開始試生產(chǎn)。

這些時間表可能證明是樂觀的。

“這是一個殘酷的戰(zhàn)場，現(xiàn)在還沒有人能夠走到讓這些電池發(fā)揮作用的地方，”行業(yè)顧問、位于科羅拉多州博爾德市的凱恩能源研究顧問公司的董事總經(jīng)理薩姆·賈菲（SamJaffe）說。

彭博社NEF駐倫敦分析師詹姆斯·弗里斯（JamesFrith）表示，在21世紀(jì)20年代結(jié)束之前，具有各種優(yōu)勢的固態(tài)電池將會問世，即使到那個時候，出售的價格也會很高。

特斯拉表示，它經(jīng)常與開發(fā)者交流，并關(guān)注電池原型，但它還沒有看到一種比現(xiàn)有的鋰離子電池組更好的技術(shù)。它的Model3一次充電最遠(yuǎn)可行駛335英里(539公里)。

“我們已經(jīng)盡可能努力了，”特斯拉首席技術(shù)官斯特勞貝爾（JBStraubel）在6月份的年會上說。“我們保持著虛心的態(tài)度，我們很想找到它，但還沒有找到?！?br/>
特斯拉供應(yīng)商松下表示，它將繼續(xù)研究固態(tài)電池技術(shù)，盡管“在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之前還有許多障礙”。

豐田的突破潛力

根據(jù)競爭對手、學(xué)者和專利數(shù)據(jù)，最有望取得突破的是豐田。

根據(jù)彭博法律的湯米·沈(TommyShen)的分析，這家亞洲最大的汽車制造商至少擁有233項專利或技術(shù)申請，幾乎是最接近它的競爭對手的三倍。

根據(jù)去年10月份發(fā)布的年度報告，這家公司在電池業(yè)務(wù)上投資了1.5萬億日元(943億人民幣)，并計劃在本世紀(jì)20年代初將固態(tài)電池技術(shù)商業(yè)化。

在過去的十年中，豐田公司一次部署了多達(dá)200名員工，主要在靠近富士山的東富士研究中心研發(fā)這項技術(shù)。

這家公司在使用固態(tài)電池驅(qū)動的數(shù)字鐘、兩輪滑板車和傳送帶方面取得了進(jìn)展，隨后在其單座低速汽車COMS的改裝版本中測試了該技術(shù)。

Ishiguro曾任豐田汽車公司的經(jīng)理，他說這款車對研究人員來說更像是一種啟發(fā)，而不是一種交通工具。

福特的米勒說，由于許多現(xiàn)有的電動汽車電池制造商專注于提高銷量和降低成本，豐田的主要挑戰(zhàn)者可能是美國的創(chuàng)業(yè)公司。

為了提高這種可能性，大眾去年又拿出了1億美元，增加其在QuantumScape的股份，Quantumscape是由前斯坦福大學(xué)的研究人員創(chuàng)立的，總部位于加州圣何塞。

總部位于馬薩諸塞州沃本的IonicMaterials公司，得到了SunMicrosystems的聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·喬伊（BillJoy）和汽車制造商雷諾、日產(chǎn)和三菱汽車組成的風(fēng)險投資基金的支持。

麻省理工學(xué)院能源實(shí)驗(yàn)室旗下的SolidEnergySystems公司同樣位于沃本，其首席執(zhí)行官胡啟朝（QichaoHu）在去年10月份于日本大阪舉行的一個論壇上表示，預(yù)計在2021年后開始對電動汽車上進(jìn)行試驗(yàn)。

SolidPower是位于科羅拉多州路易斯維爾的一家電池公司，自2017年12月以來一直與寶馬合作開發(fā)電池。

其首席執(zhí)行官道格坎貝爾（DougCampbell）說，不需要再過5到10年，固態(tài)電池技術(shù)就能在汽車上具有商業(yè)可行性。