固體能源系統公司今年將在無人機上應用更安全的鋰電池，并將于2021年之后將其用于汽車。

鋰離子電池號稱容量大，循環壽命長，但有發生爆炸的危險，有可能導致傷亡，產品可能會被召回，乘客也可能會被禁止攜帶鋰電池搭乘飛機。

研究人員宣稱固態鋰電池是一種更安全的電池。固態電池技術將用塑料或陶瓷等惰性固體代替易燃液體電解質。研究人員幾十年來一直在追求固態電池技術，卻沒有推出任何產品。

現在，位于美國馬薩諸塞州的固體能源系統公司（SolidEnergy Systems）計劃成為第一家銷售此類電池的公司。這家初創公司表示，新電池的電能存儲容量是相同重量的傳統鋰離子電池的兩倍。

這意味著設備的續航時間是原來的兩倍。例如，現在“先進無人機上裝載有傳感器、攝像頭和處理器，電池只能續航20分鐘，而且很重。”創始人胡啟超（Qichao Hu，音）說。使用固體能源系統公司的新型電池，這些無人機可以飛行40分鐘或更長時間。

該公司目前正在測試用于無人機的電池，預計將在今年年末開始銷售，隨后將在2019年推出用于可穿戴設備的電池，在2021年后推出用于電動車輛的電池。

當今的電池使用鋰鹽的稀溶液作為電解質，其作用是在碳陽極和鋰過渡金屬氧化物陰極之間來回傳輸離子。一些陶瓷、聚合物和玻璃材料也能很好地發揮這個作用。除了比液體電解質更安全之外，這些替代品還可以支持純鋰陽極，這將提高能量密度。

20世紀80年代，鋰離子電池的先驅們最初是選擇金屬鋰作為陽極。但是鋰金屬陽極很快就會長出一種叫做枝晶的苔蘚狀晶須，它可以到達陰極并縮短電池壽命，因此電池研究人員改用碳作為陽極。

固體能源系統公司的變通方案是將純鋰箔制成超薄陽極，再涂上一層混合聚合物陶瓷電解質（這種電解質可以抑制樹突生長），并將另一種電解質——鋰鹽糊狀物涂在陰極上。

陰極上的電解質含有足夠的溶劑以使鋰鹽在室溫下傳導離子。胡啟超說，從技術上講，這款設備是一種半固態電池，但比傳統的鋰離子電池更安全。電池的能量密度約為500瓦時/千克，是傳統鋰離子電池（250瓦時/千克）的兩倍。缺點是它只能重復充電約200次，而傳統電池的重復充電次數是1000次以上。

“很多人試圖找到百分百完美的固態方案，”胡啟超說，“但我們認為我們的半固體方案已經夠好了。”

但其他一些實驗室仍然專注于終極固態電池的愿景。去年，得克薩斯大學奧斯汀分校的約翰?古迪納夫（John Goodenough）發布了一款固體玻璃電池。他和他的同事瑪麗亞?海倫娜?布拉加（Maria Helena Braga）使用了一種摻鋰玻璃材料作為電解質。他們在4月份發表于《美國化學學會期刊》的最新設計中提到，他們將一種特殊的軟化劑溶液涂在柔性陰極上。

固態電池的一個問題是，由于各種材料的膨脹和收縮速率不同，電池的接口處會破裂。布拉加說，軟化劑起到了防止開裂的作用。新型電池的能量密度是傳統鋰離子電池的兩倍，可以重復充電2.3萬次。

最近，行業巨頭也開始投資固態電池。本田、日產和豐田已經與松下公司合作，為電動車輛研發固態電池。但一些高調進行收購的固態技術初創公司已經黯然失色。2015年，戴森公司收購了密歇根大學的衍生公司Sakti3，計劃開發一款電動車輛用蓄電池。德國巨頭博世公司則收購了來自勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）的固態聚合物電池創業公司Seeo。這兩家公司后來都放棄了這些技術。

LBNL的科學家兼化學工程師尼塔什?巴爾薩拉（Nitash Balsara）于2007年和其他LBNL同僚共同創辦了Seeo，他說制造鋰金屬電池不容易。“總體來說，只要它是免費的，電池行業會非常關注安全性。”他說，“我認為（這是）一個錯誤。開發和使用真正安全的鋰電池，還有一段路要走。”

巴爾薩拉現在擁有一家新的創業公司——藍色電流（Blue Current），它正在完善一種聚合物-陶瓷混合電解質。聚合物沒有陶瓷導電性好，但陶瓷很易碎。這款混合電解質“融合了兩者的優點，將更多的能量注入電池中，而且當汽車受到撞擊時，它也不會破裂。”巴爾薩拉說。

紐約賓厄姆頓大學的化學教授，鋰離子研究先驅M?斯坦利?惠廷漢姆（M. Stanley Whittingham）說，固態電池最終會有效，但現在仍然面臨著工程挑戰。他說：“近期，鋰離子電池還是不可替代的。”并預測未來5到10年內，固體和半固體電池將小規模投入市場。他表示：“最終還是要看它們的成本是多少。”

固體能源系統公司的電池的售價合每千瓦時500美元，比傳統的鋰離子電池貴得多，目前鋰離子電池的售價僅約為200美元。但胡啟超預計，隨著制造業的規模擴大，其成本將會下降，并且他正與主要的電池制造商進行談判。

“我們還沒有準備好進軍電動車輛，那是我們的最終目標。”胡啟超承認，“但我們已經可以滿足無人機的關鍵性能需求，并在電動車輛蓄電池方面不斷取得重大進展。”