SolidEnergy System,。圖片來源：Patch.com

鋰電池被廣泛應用在日常生活的電子產(chǎn)品中。然而在過去的30年,，鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,，包括鋰離子電池和鋰金屬電池兩大領域，以及新的負極材料,、更安全的隔膜涂層,、更優(yōu)化的

電池工程設計。但在正極,、電解液方面的進展卻較為緩慢,。

最近，一家麻省理工的初創(chuàng)公司正在努力商業(yè)化一款新型充電型鋰電池,，可以將現(xiàn)有鋰電池的能量密度提高一倍,。

這家公司名為“固態(tài)能源系統(tǒng)”（SolidEnergy System）的公司是由麻省理工學院校友,、博士后胡啟朝于2012年創(chuàng)立的。固態(tài)能源系統(tǒng)公司應用多項新材料發(fā)展了這種高電量的“無正極”鋰金屬電池,，在電量翻倍的情況下依然與傳統(tǒng)鋰離子電池保持同等的安全性與持久性,，可廣泛用于手機、電動汽車,、可穿戴設備,、無人機和其他電子設備。

固態(tài)能源系統(tǒng)公司（Solid Energy System）研發(fā)的新型電池有望全面秒殺現(xiàn)有的商用鋰離子電池,，升了一倍，在安全性和持久性方面也毫不遜色,。這種電池采用鋰金屬薄膜作為陽極,，可以有效存儲更多離子，并且與傳統(tǒng)的金屬鋰,、石墨,、碳、硅陽極材料相比厚度大大減小,。另外,，該電池的新型電解液讓電池具備更強的散熱性及阻燃特性。

胡啟朝是固態(tài)能源系統(tǒng)公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO,，他說：“兩倍的能量密度意味著我們可以將現(xiàn)有電池的尺寸減半,，同時保證供電時間不變?；蛘?，如果我們保持電池尺寸不變，那么供電時間將變?yōu)橹暗膬杀??！?/p>

固態(tài)能源系統(tǒng)公司創(chuàng)始人胡啟朝博士

這種新型電池放棄了傳統(tǒng)材料石墨作為電池正極,，轉(zhuǎn)而采用一種高能量密度的鋰金屬薄膜,。該薄膜可以匯集更多離子，因此提高了電池蓄電量,。

另外,，對于傳統(tǒng)鋰電池壽命短、容易報廢的缺點,，固態(tài)能源系統(tǒng)公司對電池電解液進行了化學修飾,，使得這種新型電池更加穩(wěn)定安全，并且可充電,、可多次循環(huán)利用,。值得一提的是,，這種新型電池完全兼容現(xiàn)有的鋰離子電池生產(chǎn)設備，因此可以批量生產(chǎn),。

2015年10月1日,，固態(tài)能源展示了全球首款雙倍電量的可充電式手機用鋰金屬電池原型，并成功獲得超過1200萬美元的投資,。iPhone 6手機的鋰離子電池電量為1800毫安時,，而這款新型電池體積縮小了一半，卻可提供高達2000毫安時的電量,。

固態(tài)能源公司開發(fā)的電池與iPhone 6電池對比。圖片來源：SolidEnergy System

固態(tài)能源計劃于2017年將這款電池應用到智能手機和可穿戴設備上,，并于2018年應用在電動車領域,。不過，其實第一款應用將是在今年11月推出的無人機,。

胡啟朝提到,，無人機是一個非常令人興奮的新領域，很多公司設想利用無人機和熱氣球給那些欠發(fā)達地區(qū)提供無線網(wǎng)絡信號,。

此外,，他還提到這種新型電池在電動汽車上的成功應用將會帶來巨大的社會效應,。 “目前電動車的標準為充一次電可以行駛至少200英里（約322公里）,。用這種新型電池，我們可以在相同距離要求下將電池尺寸和重量縮小一半,；或者如果保持電池尺寸不變,，電動車的單次續(xù)航能力將達到400英里（約644公里）?！?/p>

目前量產(chǎn)電動車的續(xù)航里程最高約能達到300英里（約483公里）,，比如特斯拉ModelS，但消費者也要因此付出十萬美元左右的高昂代價,。由于在電池領域并沒有出現(xiàn)關鍵性技術突破,，增加電動車的續(xù)航里程只能靠“堆電池”這種簡單暴力的方式來實現(xiàn)。

特斯拉公司創(chuàng)始人伊隆·馬斯克在今年6月曾表示,，目前特斯拉有并非沒有能力制造續(xù)航里程400英里（約644公里）的電動車,，但成本會很高。除了要把前后備箱都塞滿電池外,，可能還得壓縮駕駛室空間,。所以，考慮到可能的技術進步,，特斯拉將推出續(xù)航500英里（約805公里）電動車的時間點定在了2025年,。

但如果將目前電池的能量密度提升一倍,，則意味著在不改變汽車外形、不增加負荷,、不犧牲舒適度的情況下,，將續(xù)航里程翻倍。而本文講述的這家公司,，計劃在2018年實現(xiàn)這一目標,，這比特斯拉的技術路線圖足足提前了7年！

固態(tài)能源系統(tǒng)（SolidEnergySystem）公司技術路線圖,。圖片來源：SolidEnergy System

挑戰(zhàn)電池產(chǎn)業(yè)“禁地”

多年來研究人員一直試圖研發(fā)可充電鋰金屬電池，因為于鋰離子電池相比,，它有更高的能量密度,。然而一直以來卻沒有結(jié)果。因此,，這一領域仿佛成了鋰電池發(fā)展的一塊“禁地”,。

電解液是電池的重要組成部分，它是電池正負極間離子移動的通道,。然而,，鋰金屬與電解液的反應卻帶來了一系列的麻煩。它們反應生成的化合物會增加電池電阻,，從而減少電池循環(huán)次數(shù),。另外，這種反應還會在陽極生成鋰金屬凸塊,，也就是所謂的“樹狀晶體”,。這些樹狀晶體會導致短路而產(chǎn)生高溫，進而點燃電解液,，使電池失去充電性能,。

目前，提高電池安全性的方法往往要犧牲電池的性能,。例如,，將液態(tài)電解液換成導電性能較差、且必須加熱到一定溫度才能工作的固態(tài)聚合物電解質(zhì),；或者用無機電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì),。但是，無機電解質(zhì)電池目前很難量產(chǎn),。

胡啟朝曾是麻省理工學院教授唐納德·薩多維（Donald Sadoway）研究室的博士后,。唐納德教授是電池領域的著名科學家，成功開發(fā)了多種熔鹽電池和液態(tài)金屬電池,。胡啟朝在博士后期間,，在電池設計和電池材料方面取得多項突破,，這些都為固態(tài)能源系統(tǒng)公司日后d的發(fā)展奠定了技術基礎。

其中,，一大創(chuàng)新就是用鋰金屬薄膜作為電池正極,，其厚度僅僅是傳統(tǒng)鋰電池正極材料的五分之一，重量也比傳統(tǒng)的石墨,、碳,、硅等材料輕了數(shù)倍。這兩點使這種新型電池的體積縮小了一半,。

固態(tài)能源系統(tǒng)公司的電池與其他電池對比。圖片來源：SolidEnergySystem

但這一技術也有一個很大的缺陷：電池必須在80攝氏度以上才能工作,。胡啟朝承認,，如果不能將電池工作溫度降到室溫，則這種新型電池的商業(yè)應用將受到極大限制,。

針對這一問題,，胡啟朝提出了“固液混合電解質(zhì)”的解決方案。他首先在鋰金屬薄膜上覆蓋了一層固態(tài)電解質(zhì)薄層,，使其不需要加熱便可以工作,。其次，他配制了一種準離子態(tài)的阻燃液體電解質(zhì),，通過添加化學物質(zhì)和優(yōu)化電池設計,，使得這種電解質(zhì)不易與鋰金屬發(fā)生反應。

最終的實驗成果便是這款能量密度高于傳統(tǒng)鋰離子電池,，同時兼具安全性和持續(xù)性的鋰金屬電池,，并且可以在室溫下工作,。胡啟朝表示,，固態(tài)覆蓋層、高性能離子液態(tài)材料共同構(gòu)成了固態(tài)能源系統(tǒng)公司的科技基石,。

電池產(chǎn)業(yè)寒冬來臨,，固態(tài)能源系統(tǒng)公司因禍得福

在商業(yè)方面，胡啟朝經(jīng)常會去麻省理工馬丁創(chuàng)業(yè)中心（Martin Trust Center for MIT Entrepreneurship）傾聽來自投資者和導師們的建議,。他也參與了名為“15.366能源創(chuàng)投”的項目,，在那里組建了自己的團隊來發(fā)展針對這種新型電池的商業(yè)計劃。

他們的商業(yè)計劃在“麻省理工十萬美元創(chuàng)業(yè)大獎賽”（MIT$100K Entrepreneurship Competition’s Accelerator Contest）中贏的第一名,，進入了“麻省理工清潔能源獎”的決賽名單,。之后，他們在于白宮舉行的“全國清潔能源獎”（Clean Energy Prize competition）的角逐中獲得第二名,。

2012年底,，利用手頭現(xiàn)有資金,，胡啟朝開始籌建固態(tài)能源系統(tǒng)公司。這時另外一家著名的麻省理工創(chuàng)業(yè)公司 “A123系統(tǒng)公司”瀕臨倒閉,。此時大家對電池企業(yè)的發(fā)展持普遍的悲觀情緒,。胡啟朝坦言：“我不是認為企業(yè)前景黯淡，而是覺得公司壓根就開不起來”,。

胡啟朝當時來到破產(chǎn)保護中的A123公司,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)那里有很多沒事干的員工和沒人用的設備?！拔蚁蛩麄兘榻B了我的新技術和想法,，他們非常感興趣，愿意幫助我,，這至少比坐在辦公室里看報紙有趣得多,。”員工們教胡啟朝使用設備,，用他帶去的新材料做電池樣品,。

A123系統(tǒng)公司

然而,，誰知道這卻成了胡啟朝因禍得福的轉(zhuǎn)折點,。通過麻省理工的一些關系，他的公司獲準使用A123的閑置設備來生產(chǎn)樣品,，包括超凈室,、干燥間和一些制造設備。

2012年12月,，A123被中國萬向集團以2.6億美元收購,，振動業(yè)界。然而,，固態(tài)能源系統(tǒng)公司還是通過續(xù)簽合作協(xié)議的方式,，得以繼續(xù)使用A123的設備。

一年多后,，成果初現(xiàn),。2014年10月，公司對外宣布電池樣品達到1337 Wh/L電芯能量密度,，在電池行業(yè),，這是世界最高的能量密度。

胡啟朝說：“電池公司往往著眼于新技術,、新材料,，需要開發(fā)配套的新工藝流程和相應的制造設備，導致計劃不切實際，難以量產(chǎn),。但是,，固態(tài)能源系統(tǒng)公司除了現(xiàn)有A123制造生產(chǎn)線外一無所有，我們不得不從一開始就考慮如何用現(xiàn)有的資源開發(fā)一款切實可行的電池,。也正因為如此,，我們真正理解了不同材料在不同工藝中的作用，然后基于對電池材料的深刻理解反過頭來進行新材料的創(chuàng)新,。”

在使用A123設備三年之后,，固態(tài)能源系統(tǒng)公司本個月將把總部搬到沃本（Woburn）。胡啟朝說：“全新的工廠擁有最先進的生產(chǎn)設備,，面積是原來A123的10倍,，可以妥妥的放進去波音747。我們希望借此來加快產(chǎn)品生產(chǎn)速度,，為11月的產(chǎn)品發(fā)布做好準備,！”