充电：电池的未来

在早上煮咖啡之前，您先给汽车插上电源。当您的咖啡煮好时，汽车的电量也从零升到了 100，您只需坐在车里，就能行驶数百公里去参加商务会议。这种情景已逐渐成为现实，这源于最近的电池技术突破。从电动汽车（EV）到智能手机和大型存储设备，目前的主流电池模式--锂离子电池（Li-ion）--的调整和替代品正日益受到重视。 

地平线上有什么？
越来越多的新技术可能会开启电池的未来--有些技术比其他技术更可行。固态锂离子电池是锂电池的一种改进技术，其中最有前途的是石墨烯的应用。这种技术具有卓越的稳定性、更长的存储寿命和更快的充电速度。三星公司已经宣布，他们正在开发一种基于石墨烯的电池，这种电池有可能将电池容量提高近 50%，将充电速度提高 500%，达到约 12 分钟充满一次电。石墨烯电池对电动汽车市场的影响也是巨大的，其充电速度可与智能手机相媲美，续航里程可达 500 公里。
一种对现有锂电池的创新改造方法利用沙子代替石墨，其效果比传统锂电池好三倍。由于使用沙子，它们的生产成本也大大降低，而且无毒环保。
另一种环保解决方案是水。液流电池利用 pH 值为中性的水长期储存能量，也可用于发电。澳大利亚的一家公司正致力于利用一个天然湖泊以及涡轮机和隧道系统，制造世界上最大的电池。智能手机制造商也看到了这项技术在小规模应用中的潜力。
钠离子电池是另一个值得关注的竞争者。这些盐电池的效率最高可达锂离子电池的七倍。虽然商业化可能还需要十年的时间，但盐基电池可以完全取代锂电池，因为它们的生产成本要低得多，而且性能更好。
其他正在积极研究和开发的电池技术包括光合作用、金纳米线、燃料电池、太阳能电池、泡沫电池和可穿戴电池。

如今情况如何？

特斯拉已经是锂离子电池的最大买家，由于特斯拉 Gigafact 工厂的建成，特斯拉有望成为最大的生产商。第一座工厂（位于美国内华达州）将生产锂离子电池，特斯拉所需的锂离子电池大约相当于目前全球的供应量。该工厂是特斯拉和日本松下公司的一个联合项目，特斯拉希望到 2020 年，生产的电池组每千瓦时成本低于 $100。降低锂离子电池的成本意味着鼓励使用替代能源，首席执行官埃隆-马斯克计划在不久的将来建造更多的 Gigafactories。据报道，对于拟议中的特斯拉欧洲 Gigafactory，他已经考虑了捷克共和国和芬兰等地。
最知名的电池供应商包括三星和 LG 化学，但中国紧随其后。由于电动汽车和存储系统不断发展，预计需求量巨大，对电池芯制造的要求也前所未有。在过去的三年里，电池片的生产能力增加了一倍多，这主要归功于中国的电池片生产，其在全球生产中所占的份额已经超过了日本。
在捷克共和国就有一个值得尊敬的对手：HE3DA 有限公司HE3DA 自称是电池技术应用研究和商业化的创新者，它利用纳米技术电池的高充放电速度；经过无数次测试，研究人员找到了提高电池安全性的方法，并将生产成本降低到目前标准的 1/20 左右。
HE3DA与欧洲金属公司（European Metals）合作，后者拥有捷克村庄Cínovec附近的勘探权。该地区锂资源丰富，约占全球锂资源总量的 3%，是欧洲最大的锂资源。这里靠近德国边境，有着悠久的采矿传统，失业率较高，因此吸引了许多生产商。梅赛德斯-奔驰的所有者戴姆勒公司正在距离该村仅 90 公里的一个德国小镇上建造第二家锂电池工厂。

推动未来
完美电池的竞争在汽车领域最为激烈。根据分析师的预测，到 2040 年，电动汽车将成为全球规模达 $240 亿美元的产业，20 年后将占全球汽车购买量的 40%。也就是说，即使全球汽车市场零增长，每年也将售出 4000 万辆电动汽车。
目前，电动汽车主要使用可充电锂离子电池。锂离子电池的高能量密度确保其使用寿命足以满足大多数电动汽车的需要，而且价格也越来越低廉。然而，锂离子电池也相对脆弱，对温度敏感，虽然拥有超长的使用寿命，但几乎可以立即观察到其逐渐老化，甚至在不使用的情况下也是如此。
一种解决方案是用固体代替液体。目前锂离子电池中的液体电解质允许带电粒子通过。某些固体也允许带电粒子穿过，但速度无法满足大功率设备的需要。不过，丰田公司声称，到 2020 年，它将推出一种由固态锂电池驱动的新型电动汽车。如果这种固态电池得以实现，它将消除火烧的风险，并为提供更大能量的全金属阳极打开大门。这将具有划时代的意义。
通用汽车（GM）、丰田、大众甚至 UPS 等公司都在开发氢动力电动汽车，其每次加油的续航里程超过了其他电动汽车。氢能提供清洁能源，最终产品只有热和水。氢燃料电池电动汽车有一个电动机，但它可以利用车上储存的氢燃料发电。然而，氢气的收集存在问题：必须加压并储存在比能量等效的汽油桶大得多的油箱中，而且非常耗时。因此，要推动这项技术的发展，进一步的进步势在必行。