由前英飛朗 CEO Jagdeep Singh 聯合斯坦福大學科學家 Fritz Prinz、Tim Holme 共同創立的固態鋰金屬電池公司 QuantumScape 於近日表示，其鋰金屬電池將很快應用到汽車和卡車上，但有一些觀察家仍持懷疑態度。

鋰，是週期表上最輕的金屬，一直以來，科學家們認為鋰金屬電池是理想的儲能技術。

數十年來，研究人員、企業一直在嘗試製造經濟實惠、可充電、不易燃的鋰金屬電池，但都失敗了。

電池公司 QuantumScape 位於加州聖何塞，資金雄厚但卻不為人知。在今年早些時候，該公司執行長賈迪普・辛格接受 The Mobilist 採訪，稱已經克服了關鍵技術挑戰。辛格補充說，預計到 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航里程。

QuantumScape 於 11 月上市，現在市值約為 200 億美元，但目前還沒有產品或收入，並且預計在 2024 年之前也不會有收入。大眾已經向該公司投資了 3 億多美元，並與之成立了一家合資企業來生產電池，QuantumScape 還從其他大型投資者那籌集了數億美元的資金。

在 12 月 8 日的新聞公告中，QuantumScape 終於提供了實驗室測試的技術結果：QuantumScape 研製了一款半固態電池，大多數電池靠電解液來促進帶電原子在裝置中移動，而這種電池使用的則是固態電解質。

由於使用固態電解質或能提高安全性和能量密度，眾多研究人員和企業都在探索能否將其用於化學電池。但以往經驗表明，開發難度很高。

不過，QuantumScape 仍隱瞞其電池的某些細節，如所使用的一些關鍵材料和工藝。而一些專家仍然懷疑 QuantumScape 是否真正解決了棘手的技術挑戰。如果技術挑戰得以解決，在未來五年內，鋰電池或能用於商用車。

測試結果

在接受《麻省理工科技評論》採訪時，辛格表示，QuantumScape 已經證明所研發的電池將有效滿足消費者五大需求，即成本更低、續航里程更多、充電時間更短、壽命更長以及安全性更高。而迄今為止，電動汽車銷量佔美國新車銷量比例仍低於 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，相當於打開了 98% 的市場，現在任何方法都達不到這樣的效果。”

QuantumScape 電池的表現確實出類拔萃，在去年的一項測試中，美國汽車媒體 MotorTrend 發現，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%，並且在 800 次充電週期內可保持 80% 以上的容量，大致相當於行駛 24 萬英里。即使充電和放電非常頻繁，電池效能也幾乎沒有打折扣。

QuantumScape 還表示，雖然還沒有經過測試，但該電池能支援的行駛里程，可能會超過 80% 以上標準鋰離子電池支援的電動汽車行駛里程。

馬里蘭大學化學和生物分子工程助理教授保羅・艾伯特斯說：“QuantumScape 的資料太漂亮了。” 據悉，艾伯特斯曾是美國能源先進研究計劃局的 IONICS 專案主管，研究固態電解質，與 QuantumScape 沒有任何隸屬或財務關係。

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？

那麼，QuantumScape 如何取得這些成就呢？

現在電動汽車的標準鋰離子電池中，陽極主要是由石墨製成，便於儲存在電池中來回穿梭的鋰離子。在鋰金屬電池中，陽極就是由鋰製成。那麼，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。

但幾大挑戰隨之而來。首先，鋰極不穩定。如果鋰接觸到支援離子移動的電解液等液體，可能會引發副反應，導致電池退化或起火。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，試圖開發出不與鋰金屬反應的固態電解質。

QuantumScape 的重要創新之一為開發出一種固態陶瓷電解質，該電解質也是分離器。這種電解質只有幾十微米厚，能抑制樹枝狀物的形成，同時鋰離子也能輕鬆來回透過。電池陰極側的電解液是某種形式的凝膠，所以 QuantumScape 電池不是完全固態電池。

辛格拒絕說明所使用的材料，稱其為最高商業機密。一些電池專家則根據專利檔案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，為防止出現缺陷和樹枝狀物，又花了五年時間研發有效組成、確定製造工藝。

QuantumScape 認為，電池採用固態技術，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。

電池充電時，陰極側的鋰離子會穿過分離器，並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，製造成本也會下降。

其餘風險

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。從試驗到商業化生產是儲能領域的重大挑戰，許多曾經很有前途的電池初創企業都沒有跨過這個坎，一敗塗地。

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，於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，在標準化條件下進行獨立測試。

其他行業觀察家也表示，如果 QuantumScape 到目前為止只對單層電池進行嚴格測試，那麼該公司能否透過規模化和安全測試，並在 2025 年之前將電池用於車輛依然存疑。

電池初創公司 Sila Nanotechnologies 是 QuantumScape 的競爭對手。Sila Nanotechnologies 正在開發一種用於鋰離子電池的能量密度陰極材料，並在 The Mobilist 報道前一天釋出了一份白皮書，指出固態鋰金屬電池面臨的一連串技術挑戰。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商業電池，鋰金屬許多理論優勢都會減少。

但白皮書也強調，採購、生產、運輸和安裝鋰離子的大規模全球基礎設施已經存在，鋰金屬電池如何與之競爭實為最大挑戰。

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展的問題。

卡內基梅隆大學副教授文卡特・維斯瓦納森維斯瓦納森曾研究鋰金屬電池，併為 QuantumScape 公司做過諮詢工作。他說：“過去的問題是鋰金屬電池會不會有，現在是鋰金屬電池什麼時候能用上。”

辛格承認，公司仍然面臨挑戰，但堅持認為挑戰在於製造和擴大生產規模方面。辛格認為，化學方面的工作已經足夠。

辛格還指出，公司現在擁有 10 億美元資金，走向商業化生產將如虎添翼。

辛格說：“說實話，也請你們不要介意，我們並不太在意你們在想什麼。我們關心的是客戶。客戶已經看到了資料，在自己的實驗室裡進行了測試，效果也很好，於是下了大賭注。大眾公司已經傾其所有了。”

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。