由前英飞朗 CEO Jagdeep Singh 联合斯坦福大学科学家 Fritz Prinz、Tim Holme 共同创立的固态锂金属电池公司 QuantumScape 于近日表示，其锂金属电池将很快应用到汽车和卡车上，但有一些观察家仍持怀疑态度。
锂，是周期表上最轻的金属，一直以来，科学家们认为锂金属电池是理想的储能技术。
数十年来，研究人员、企业一直在尝试制造经济实惠、可充电、不易燃的锂金属电池，但都失败了。
电池公司 QuantumScape 位于加州圣何塞，资金雄厚但却不为人知。在今年早些时候，该公司首席执行官贾迪普?辛格接受 The Mobilist 采访，称已经克服了关键技术挑战。辛格补充说，预计到 2025 年，大众公司将在大众汽车和卡车上使用 QuantumScape 电池，以削减成本、提高大众电动汽车的续航里程。
QuantumScape 于 11 月上市，现在市值约为 200 亿美元，但目前还没有产品或收入，并且预计在 2024 年之前也不会有收入。大众已经向该公司投资了 3 亿多美元，并与之成立了一家合资企业来生产电池，QuantumScape 还从其他大型投资者那筹集了数亿美元的资金。
不过，直到现在，辛格还是很少透露有关电池的细节。研究人员、竞争对手和记者都从专利文件、投资者文件和其他渠道寻找线索，以了解该公司究竟以何种方式、取得了哪些成果。
在 12 月 8 日的新闻公告中，QuantumScape 终于提供了实验室测试的技术结果：QuantumScape 研制了一款半固态电池，大多数电池靠电解液来促进带电原子在设备中移动，而这种电池使用的则是固态电解质。
由于使用固态电解质或能提高安全性和能量密度，众多研究人员和企业都在探索能否将其用于化学电池。但以往经验表明，开发难度很高。
不过，QuantumScape 仍隐瞒其电池的某些细节，如所使用的一些关键材料和工艺。而一些专家仍然怀疑 QuantumScape 是否真正解决了棘手的技术挑战。如果技术挑战得以解决，在未来五年内，锂电池或能用于商用车。
测试结果
在接受《麻省理工科技评论》采访时，辛格表示，QuantumScape 已经证明所研发的电池将有效满足消费者五大需求，即成本更低、续航里程更多、充电时间更短、寿命更长以及安全性更高。而迄今为止，电动汽车销量占美国新车销量比例仍低于 2%，正是因为这五大需求无法得到满足。
辛格说：“只要电池能够满足这些要求，相当于打开了 98% 的市场，现在任何方法都达不到这样的效果。”
QuantumScape 电池的表现确实出类拔萃，在去年的一项测试中，美国汽车媒体 MotorTrend 发现，一辆电量为 5% 的 Model 3 汽车，使用特斯拉的 V3 超级充电器充到 90% 花了 37 分钟。而 QuantumScape 电池不到 15 分钟就能充到 80%，并且在 800 次充电周期内可保持 80% 以上的容量，大致相当于行驶 24 万英里。即使充电和放电非常频繁，电池性能也几乎没有打折扣。
QuantumScape 还表示，虽然还没有经过测试，但该电池能支持的行驶里程，可能会超过 80% 以上标准锂离子电池支持的电动汽车行驶里程。
马里兰大学化学和生物分子工程助理教授保罗?艾伯特斯说：“QuantumScape 的数据太漂亮了。” 据悉，艾伯特斯曾是美国能源先进研究计划局的 IONICS 项目主管，研究固态电解质，与 QuantumScape 没有任何隶属或财务关系。
艾伯特斯补充说，QuantumScape 在锂金属电池方面 “令其他人望尘莫及”，“QuantumScape 都跑完一场马拉松了，而其他人只跑了 5 公里。”
如何实现？
那么，QuantumScape 如何取得这些成就呢？
现在电动汽车的标准锂离子电池中，阳极主要是由石墨制成，便于储存在电池中来回穿梭的锂离子。在锂金属电池中，阳极就是由锂制成。那么，几乎每一个电子都可以用来储存能量，所以锂金属电池能量密度可能更大。
但几大挑战随之而来。首先，锂极不稳定。如果锂接触到支持离子移动的电解液等液体，可能会引发副反应，导致电池退化或起火。其次，锂离子流动会形成所谓树枝状的针状物，可能刺穿电池中间的分离器，导致电池短路。
多年来，研究人员为了解决上述问题，利用陶瓷、聚合物和其他材料，试图开发出不与锂金属反应的固态电解质。
QuantumScape 的重要创新之一为开发出一种固态陶瓷电解质，该电解质也是分离器。这种电解质只有几十微米厚，能抑制树枝状物的形成，同时锂离子也能轻松来回通过。电池阴极侧的电解液是某种形式的凝胶，所以 QuantumScape 电池不是完全固态电池。
辛格拒绝说明所使用的材料，称其为最高商业机密。一些电池专家则根据专利文件猜测他们使用了一种名为 LLZO 的氧化物。找到这种材料花了五年时间，为防止出现缺陷和树枝状物，又花了五年时间研发有效组成、确定制造工艺。
QuantumScape 认为，电池采用固态技术，将比目前的锂离子电池更安全。锂离子电池在极端情况下仍会偶尔起火。
另一个重要进步是，QuantumScape 电池没有明显区分出阳极。参见 QuantumScape 视频，可了解更多 “无阳极” 设计。
电池充电时，阴极侧的锂离子会穿过分离器，并在分离器和电池末端的电触点之间形成平面层。放电时，几乎所有的锂离子都会回到阴极。这样一来，不需要任何不直接参与储能或载流工作，只需储存离子的阳极，便可以从而减少电池重量、减小体积。QuantumScape 表示，制造成本也会下降。
其余风险
然而，还有一个问题悬而未决。QuantumScape 是在单层电池上进行实验室测试。而汽车电池需要有几十层电池一起工作。从试验到商业化生产是储能领域的重大挑战，许多曾经很有前途的电池初创企业都没有跨过这个坎，一败涂地。
艾伯特斯指出，许多公司都曾过早宣称电池取得突破，人们失望太多次了，于是对任何新电池都会起疑。艾伯特斯希望，QuantumScape 能将电池提交给国家实验室，在标准化条件下进行独立测试。
其他行业观察家也表示，如果 QuantumScape 到目前为止只对单层电池进行严格测试，那么该公司能否通过规模化和安全测试，并在 2025 年之前将电池用于车辆依然存疑。
电池初创公司 Sila Nanotechnologies 是 QuantumScape 的竞争对手。Sila Nanotechnologies 正在开发一种用于锂离子电池的能量密度阴极材料，并在 The Mobilist 报道前一天发布了一份白皮书，指出固态锂金属电池面临的一连串技术挑战。白皮书指出，考虑到保证锂金属电池工作所需的所有额外措施，各公司又在努力研发商业电池，锂金属许多理论优势都会减少。
但白皮书也强调，采购、生产、运输和安装锂离子的大规模全球基础设施已经存在，锂金属电池如何与之竞争实为最大挑战。
巨大赌注
但其他观察家表示，最新进展既表明，锂金属电池能量密度将大大超过锂离子电池，也表明可以解决阻碍锂金属电池发展的问题。
卡内基梅隆大学副教授文卡特?维斯瓦纳森维斯瓦纳森曾研究锂金属电池，并为 QuantumScape 公司做过咨询工作。他说：“过去的问题是锂金属电池会不会有，现在是锂金属电池什么时候能用上。”
辛格承认，公司仍然面临挑战，但坚持认为挑战在于制造和扩大生产规模方面。辛格认为，化学方面的工作已经足够。
辛格还指出，公司现在拥有 10 亿美元资金，走向商业化生产将如虎添翼。
问及既然没有独立研究结果、为什么记者要相信公司结果，辛格强调，为保持透明度，分享的数据已尽可能多。辛格还补充说，QuantumScape 不是 “做学术研究的”。
辛格说：“说实话，也请你们不要介意，我们并不太在意你们在想什么。我们关心的是客户。客户已经看到了数据，在自己的实验室里进行了测试，效果也很好，于是下了大赌注。大众公司已经倾其所有了。”
换句话说，要知道 QuantumScape 是否如其所称完全解决了问题，就看大众能否在 2025 年之前在汽车上配置 QuantumScape 电池了。
