【HK01】鋰離子電池見末路 新電池開發競賽展開
當手機已從「大哥大」演變到智能電話，鋰離子電池面世廿多年來卻大同小異，離技術瓶頸極限不遠。5G、電動車、太陽能電網、飛天車（flying cars）等各種未來潮流紛紛湧至，正需要一場電池革命來支持。
種種問題使現有的鋰離子電池逐漸走到盡頭，難以應付未來的科技潮流。科學界、業界、初創公司等各有進路，針對不同元件，以不同新材料來徹底改造鋰離子電池。
方向一：鋰矽電池
矽（silicon）是其中一種備受看好的材料，前Tesla員工貝迪基夫斯基 （Gene Berdichevsky） 創立的Sila Nanotechnologies就用矽來着手改善石墨陽極：「在六、七年前開始已看到石墨的局限，現時它在電池的熱動能基本上已發揮至極限。」從結構上來說，每個矽原子可與四個鋰離子結合，作為陽極材料，與相若重量的石墨相比，可儲存十倍數量的鋰離子。但這種優勢亦帶來另一難題，正因為能儲存更多的鋰離子，矽陽極會因而劇烈膨脹最高達400%，充電時會自行毀爛。
針對這個難題，Sila聲稱已找到解決方法。貝迪基夫斯基說經過三萬次嘗試，他們成功創造出一種微米級大小的球體結構，充電時的膨脹只會在結構內部發生，外部不受影響。Sila的技術獲德國車廠BMW青睞，計劃在2023年於部分電動車上使用這種物料，並預期可增加10至15%電池能量。事實上，特斯拉現時的電池陽極已添加了少量的矽，除Sila之外，Enevate、Enovix等初創公司也以矽來開發電池。
方向二：鋰硫電池
鋰硫電池是另一股開發潮流，即利用硫（sulphur）作為電池陰極。電池專家史尼迪卡（David Snydacker）說：「鋰硫電池雖然每公升能量不算很好，但硫陰極勝在夠輕。」不過，這種電池重複充電時會在陰極中產生「枝晶」（dendrites），有可能穿過隔膜接觸陽極，造成短路。
索尼（Sony）聲稱已解決這個問題，並預計於2020年推出使用鋰硫電池的電子產品至市場。同樣針對陰極改良的還有古迪納夫的學生葛蕾（Clare Grey），她正着手研製鋰空氣（Lithium-air）電池。理論上，這種電池可有更高的能量密度，但現階段即使在實驗室也無法穩定地充電，充電次數也有限，遑論在現實中使用。
方向三：固態電池
對於這些進路， 美國電池初創公司Ionic Materials創辦人齊默爾曼（Mike Zimmerman） 認為固態電池（solid-state battery）才是最終答案：「很多人在研究改良不同的陰極、陽極，但對電池發展最大的阻力是電解質，也正是我們努力改進之處。」所謂固態電池，即把現時電池的電極或液態電解質，以一種聚合物的固態材質取代，如玻璃或陶瓷等，這樣做最大好處是電池體積較小且容量高，比現時液態的鋰離子電子更便宜和不易燃外，理論上也更快和更長壽。「同樣容量下，固態電池可提供雙倍能量。第一波固態電池應可在無人機中看到。」史尼迪卡說。
中國飛天車公司億航（Ehang）的共同創辦人熊逸放則補充：「固態電池展現出很高的能量密度，可延長飛行器具的電池壽命，但其他性能例如發電能力仍有待改進。」固態電池何時能推出市面仍屬未知之數，豐田（Toyota）車廠便承認在量產固態電池時仍有些問題尚待解決，另一日本車廠日產（Nissan）的研發及工程高級副總裁淺見孝雄今年4月時更說：「所有固態電池，大致上都仍處於早期研究階段，現階段『實際上是零』。」
方向四：超級電容
在更遠的將來，電池可能不再止於鋰離子。英國初創公司ZapGo正以碳來研製電池，靈感來自超級電容（Supercapacitor）。有別於鋰離子電池所使用的化學方法，電容儲電以物理方式用電場儲電，就像氣球上的靜電。由於不涉及化學反應，電池不會像鋰離子電池般因長年累月充電和發電而快速耗損，故較為長壽。ZapGo創辦人禾拉（Stephen Voller）聲稱其電池可承受10萬次放電，是鋰離子電池的100倍，每天充電的話相當於可用30年。
不過，超級電容儲電量不及鋰離子電池，亦很快無電，鋰離子電池充電後能儲電長達兩周，超級電容則只有幾小時。能源儲存科學家海格特（Donald Highgate）就認為兩者可互補，未來手機可以既有一、兩分鐘快速充電，又有鋰離子電池作後備：「若有快速充電功能，你可以在攪拌咖啡時，讓手機在感應線圈上充電。」但要這樣做，需要對充電器作出修改，因為傳統鋰離子電池的充電設計是刻意減慢充電速度以防止起火，而ZapGo或任何超級電容系統則需要與之相反的充電器。
ZapGo現時仍不夠能量推動一部手機，禾拉預計要到2022年或「iPhone 15」推出時才能面世。然而，包括戴森設計工程學院（Dyson School of Design Engineering）谷巴（Sam Cooper）在內的一些專家質疑，電器商對這種長壽電池是否感興趣：「對手機製造商來說，有很強的經濟誘因讓他們的手機在推出下一代時就『死亡』。」
一枚鋰離子電池造就了一個科技時代，這場最新的電池研發競賽鹿死誰手仍言之過早，但勝出者很可能會改寫出另一個科技時代。
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