盡管如此，提升10%也并不是很多。在過去幾十年里，出現(xiàn)不少創(chuàng)新，陰極的能量密度的確提高了，現(xiàn)在機會在于陽極。
制造陽極時，石墨仍然占主導(dǎo)地位。便宜、可靠、能量密度也可以，這是它的優(yōu)勢。不過與其它潛在的陽極材料相比，比如硅、鋰，堆疊時石墨相對比較脆弱。
從理論上講，硅吸收鋰離子時比石墨更好。正因如此，一些企業(yè)設(shè)計陽極時，才會嘗試向石墨內(nèi)擠入一些硅；特斯拉CEO馬斯克曾說，他的公司正在開發(fā)此類電池。
如果能制造出在商業(yè)上可行的硅陽極（完全用硅制造），那會是一大進(jìn)步。不過因為硅元素有一些自身特點，很難做到。當(dāng)石墨吸收鋰離子時，體積不會有太大變化。如果是硅陽極，在相同的條件下會膨脹到原來的四倍。
真遺憾，你不能只是擴大外殼，讓它適應(yīng)膨脹，膨脹還會破壞硅陽極“固體電解質(zhì)膜”（SEI）。
你可以將SEI視為保護(hù)層，它可以保護(hù)陽極，就像鐵生成鐵銹一樣，也就是所謂的氧化鐵，它能起到保護(hù)作用。當(dāng)外面多了一層，與氧氣的反應(yīng)就會減速。在鐵銹之下，鐵的氧化速度會變慢，內(nèi)部更堅固。
當(dāng)電池第一次充電時，電極會形成自己的“鐵銹”層，也就是SEI，將電極未被侵蝕的部分與其它部分分離。SEI可以阻止其它化學(xué)反應(yīng)，防止電極遭到侵蝕，確保鋰離子能夠盡可能平穩(wěn)地移動。
如果引入硅陽極，當(dāng)我們用電池給其它設(shè)備充電時，每一次SEI都會分解，每次充電之時再度形成。在每一個充電循環(huán)周期中，會有一些硅被消耗。最終，硅消耗會達(dá)到一定程度，然后電池就不能再用了。
在過去10年里，一些硅谷創(chuàng)業(yè)公司不斷尋找解決方案。例如，Sila Nano找到一種方法，它將硅原子封裝在納米殼內(nèi)，里面有許多的“空房間”。這樣一來SEI就會在殼外形成，硅原子膨脹是在內(nèi)部發(fā)生的，每次充放電循環(huán)時不會破壞SEI。Sila Nano的估值達(dá)到3.5億美元，它曾說技術(shù)最快2020年就會用于設(shè)備。
還有Enovix，它引入特殊制造技術(shù)，將100%的硅陽極置于極大的物理壓力環(huán)境，迫使它盡可能少吸收鋰離子，這樣一來陽極的膨脹就會受到限制，防止SEI損壞。Enovix拿到了英特爾、高通的投資，預(yù)計它開發(fā)的電池會在2020年用于設(shè)備。
從這些企業(yè)的研究看，硅陽極無法達(dá)到理論高能量密度。不過兩家公司都說，相比石墨陽極，它們的電極表現(xiàn)更好。第三方正在對電池進(jìn)行測試。
安全挑戰(zhàn)
為了充入更多的能量，對分子進(jìn)行修補，可能會影響安全。自發(fā)明以來，鋰離子電池總是因為起火引起麻煩。1990年代，加拿大Moli Energy開始將鋰鐵電池用于手機，正式商用，不過到了現(xiàn)實世界，電池存在起火隱患，Moli被迫召回產(chǎn)品，最終公司申請破產(chǎn)。公司一些資產(chǎn)被中國臺灣企業(yè)收購，Moli自己現(xiàn)在仍然打著E-One Moli Energy的品牌名義銷售鋰電池。
最近，三星Galaxy Note 7也因為電池起火被召回，手機裝備的是鋰離子電池。2016年召回時，三星損失53億美元。
鋰離子電池仍然有起火隱患，因為它們大多都用易燃液體作為電解質(zhì)。真是不幸，液體能夠輕松運輸離子，但它們卻容易起火。有一種辦法就是使用固態(tài)電解質(zhì)。不過固態(tài)電解質(zhì)也有其它缺點。固體更堅硬，你不妨想象一樣，將骰子扔進(jìn)水里和沙里，在水中它接觸的表面會比沙子多很多。
目前，只有低能耗環(huán)境才會用上固態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池，比如互聯(lián)傳感器。為了擴大固態(tài)電池的應(yīng)用范圍，大家一般有兩個選擇：一是高溫固體聚合物，二是室溫陶瓷。
下面依次解釋一下：
高溫固體聚合物：聚合物是很長的分子鏈連接在一起。在日常應(yīng)用中，這種材料很常見，塑料袋就是由聚合物組成的。當(dāng)一些聚合物加熱之后會變得像液體一樣，不過它們不像液體電解質(zhì)那么易燃。換言之，它們擁有很高的離子電導(dǎo)率，就像液體電解質(zhì)一樣，但是沒有易燃風(fēng)險。
可惜，聚合物也有自己的局限性。它們只能在105攝像度以上工作，不適合手機。不過我們可以在家用電池中引入，用來存儲電網(wǎng)電能。至少有兩家公司正在開發(fā)，一是美國SEEO，二是法國Bollor，它們都在開發(fā)新固態(tài)電池，用高溫聚合物作為電解質(zhì)。
室溫陶瓷：在過去10年里，有兩種陶瓷向我們證明，在室溫環(huán)境下，它的離子導(dǎo)電率和液體一樣好，一是LLZO（鋰，鑭，氧化鋯），二是LGPS（鋰，鍺，硫化磷）。
豐田與硅谷創(chuàng)業(yè)公司QuantumScape都在開發(fā)陶瓷鋰離子電池。卡耐基梅隆大學(xué)專家Viswanathan說：“在未來2年或者3年，我們極有可能會看到一些真正的陶瓷電池出現(xiàn)。 “
最終只是平衡
電池是一項大業(yè)務(wù)，市場規(guī)模還在增長。錢在那里，企業(yè)家也就涌向那里，帶來各種創(chuàng)意。不過電池創(chuàng)業(yè)公司處境艱難，因為失敗率比軟件企業(yè)高。為什么？想在材料科學(xué)領(lǐng)域取得突破是一件很難的事。
電池化學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們嘗試提高一極時（比如能量密度），另一極就會削弱（比如安全）。因為要保持平衡，想在各個方面取得進(jìn)步就會很難，速度很慢，還會帶來多種問題。
不過瞄準(zhǔn)電池的專家也越來越多，這是一個好消息。MIT專家 Yet-Ming Chiang說，與10年前相比，美國研究電池的科學(xué)家多了2倍，成功的機率上升了。電池的潛力相當(dāng)巨大，考慮到挑戰(zhàn)很大，難度很高，當(dāng)我們聽到某人說新電池有多好時，最好還是帶著懷疑的眼光審視一下。
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