固態電池有望未來幾年內出現，這項期待已久的技術可能會改變世界

設想一下：有一專案前正在接受測試的技術，當它向公眾釋出時，將成為一場期待已久的能源革命。這項新技術有望比我們現在市場上的任何產品都更安全、更高效。它將影響我們認為平凡的東西——電動工具、玩具、膝上型電腦、智慧手機——以及我們認為特殊的東西——醫療裝置、航天器，以及使我們擺脫化石燃料所需的創新車輛設計。幾個世紀以來，我們已經瞭解這項技術，但直到現在我們才能夠朝著它的創造邁出一小步。數十億美元正在投入研究，一旦技術完善和釋出，還將投入數十億美元。

這種描述可能聽起來很像聚變能力。然而，它實際上指的是電池技術領域即將到來的創新——特別是固態電池。雖然聚變電源和固態電池都被貼上了未來技術的標籤，但從未成為今天的技術，但多年來，固態材料的進步和投資大幅增加。如今，不僅有許多大公司和可靠的研究人員參與其中，而且似乎我們最終可能會在未來幾年內開始看到這些電池的釋出。一旦這種難以捉摸的變革性技術最終準備好進行大規模生產，我們還能期待什麼？

電池無非是儲存化學能並將其轉化為電能的裝置。它們有四個主要部分：陰極、陽極、電解質和隔膜。陰極和陽極是電極。當電子從一個電極傳遞到另一個電極時，就會產生電流。在這種情況下，電子從帶負電的陽極傳遞到帶正電的陰極。然後，兩個電極的作用是產生我們的電流。電解質溶液允許帶正電的離子在兩個電極之間流動。這平衡了電子的流動。最後，隔膜將兩個電極分開並防止電池短路。

我們目前的電池和未來的固態電池之間有一個重要的區別：電解質。當前的鋰離子電池具有液體電解質。不幸的是，液體電解質中存在的某些化合物允許稱為枝晶的晶體結構的生長。枝晶會產生長而鋒利的晶須，可以刺穿隔板並導致短路，從而導致危險的爆炸。顧名思義，固態電池具有抑制這些有害枝晶生長的固體電解質。更不用說一旦電解質從液體轉換為固體就會發生令人震驚的事情。電池具有更高的能量密度，火災和爆炸的風險大大降低，佔用空間更小，並且能夠在更寬的溫度範圍內執行。例如，讓我們看看這對車輛意味著什麼。

迄今為止，電動汽車的最大缺點是其行駛里程有限。一輛普通的電動汽車充滿電後可行駛250-300英里（402-483公里）。根據車輛是在車站充電還是在家中使用標準插座，為車輛充滿電需要1小時到17小時不等。然而，電動汽車預計將繼續普及，最終主導汽車行業。為了達到這一點，他們需要將航程擴大到至少450英里（724公里），同時保持消費者的負擔能力。

電動汽車的續駛里程是目前的兩倍或三倍。公司可以選擇製造更小、更輕、充電速度更快的電池，或者讓電池保持相同尺寸但範圍更廣。充電時間也縮短至15分鐘。如果我們看看三星在固態電池方面的進步，我們就會發現他們能夠開發出一種可以充電和放電超過1，000次的電池，每次充電可行駛500英里（805公里）。這是500，000英里的電池壽命。同時能夠在更極端的溫度下高效執行。

像這樣的事情可能是汽油動力汽車的終結。對於膝上型電腦和智慧手機，這意味著裝置可以在單次（非常快速）充電後使用數天，電池的整體壽命從2年增加到10年以上。醫療裝置可以變得更加便攜和緊湊，而更大的溫度範圍意味著固態電池可能在未來的空間技術中得到應用。

這種潛力並沒有逃過強大公司的注意。大眾汽車、福特汽車、寶馬汽車、現代汽車、豐田汽車和比爾蓋茨都在固態研究上投入了數十億美元。比爾蓋茨支援的公司QuantumScape已經制造出帶有陶瓷層的固態電池，這些陶瓷層能夠抵抗枝晶生長並且能夠在較低溫度下執行。豐田計劃在2025年之前限量推出配備固態電池的汽車。然而，最激動人心的突破來自一個你可能從未聽說過的人。比爾蓋茨支援的公司QuantumScape已經制造出帶有陶瓷層的固態電池，這些陶瓷層能夠抵抗枝晶生長並且能夠在較低溫度下執行。豐田計劃在2025年之前限量推出配備固態電池的汽車。然而，最激動人心的突破來自一個你可能從未聽說過的人。

由物理學家約翰·古迪納夫（JohnGoodenough）領導的一個研究團隊已經提交了一種玻璃和陶瓷固態電池的專利，該電池穩定、不易燃、充電速度更快，並且其能量儲存是普通鋰離子電池的3倍。這是透過新增鈉或鋰在電池中形成電極來實現的。同樣重要的是，該電池價格實惠，估計可持續超過2，000次充電和放電迴圈。玻璃電池的工作溫度範圍介於-4F和140F（-20C和60C）之間。

古迪納夫本人並不是普通的科學家。他獲得了8項科學獎項，包括諾貝爾化學獎。他過去改變世界的創新包括原裝鋰離子電池和讓您的計算機執行所需的RAM。他的參與——以及許多主要競爭公司的參與——使固態電池觸手可及。我們可能會在短短3或4年內開始看到這項技術的有限釋出，儘管很難說何時會向公眾更廣泛地釋出。

電池代表的不僅僅是方便。它代表了拯救世界的關鍵因素。更強大的電動汽車可以為汽車市場帶來巨大的轉變——從排放量更大的氣體汽車轉向。固態電池也可以用對地球友好的材料生產，比如在我們豐富的海水中發現的鈉。但也許最重要的是，固態電池的到來將代表我們最聰明的頭腦的能力：使我們已經知道了幾個世紀並夢想了幾十年的技術成為現實的能力。它不必永遠是未來的技術，但可以是今天的技術。