你們先猜猜它是什麼。
電池的發展情況特別讓人分裂。
石墨負極、硅負極、金屬負極，電池這玩意，時不時就蹦出來一些高大上的“突破”“創新”，解決一切問題的新技術新材料頻繁見諸媒體頭條；空氣電池、納米平整材料...它們能量密度更高，充電速度更快，單位成本更低，循環次數更多…
可產品呢？
我們每個人手上都有蘋果，安卓或 WP，當年1200mAh 的諾基亞輕鬆待機1周，現而今 3000mAh 不忘清後臺，殺進程，戰戰兢兢頂多勉強兩天，還有某表18小時的“all-day battery”（全天續航），電池技術有明顯進步嗎...
一邊是各種技術突破不斷，一邊產品徘徊不前。為什麼會出現這種情況？
因為電池是基礎科學，它涉及材料科學和化工。那些潛心研究基礎科學的，運氣不好花窮首皓經一生可能都落得兩手空空，而倘若有朝一日獲得突破，那是功名利祿滾滾來大名天下知。君不見，中國發動機吃的 “心臟病” 一直難以治癒，核心就在材料科學不過關，因為這個東西要幾十年持續試驗、總結，不間斷大規模投入才有可能產生成果。
投入了才“有可能”產生成果，不投入，那隻能是原地踏步。正因為如此，才有下面有兩個悲慘的案例。
案例一，現在還在實驗的新技術，幾十年前就有人碰的頭破血流，很多人依然不知悔改。比如以超高儲能密度著稱的鋰金屬負極。
鋰金屬是金屬裡面密度最小（最輕，如果不考慮氫“金屬”），而且電極電勢最低的金屬，幾十年前研究固態電池時大家一下子就首選了它，而且工業界也做出了產品，如下圖，加拿大的Moli公司生產的電池：
但為什麼後來大家都不用性能這麼好的鋰金屬作負極了呢？安全！鋰金屬作負極一個致命的問題就是安全，會燃燒會爆炸。為什麼呢？
因為鋰金屬會與non-aqueous電解液反應，一般來說理想的情況是這樣的反應會在負極鋰金屬上生成一層passivation layer來阻止鋰金屬的進一步反應。但往往實際發生的情況會偏離我們的想象：充電的時候鋰離子回到負極，沒有老老實實變回“平平”的鋰金屬層，而是會沉積成一種叫“枝晶”的東西（下圖）。
這種東西一旦形成，由於其表面自由能利於繼續生長，所以每次充電就會助長這些枝晶的長大，最後就會刺破隔膜接觸正極——想象一下如果電池內部連一根導線接通正極和負極是什麼情形——沒錯，就是短路。有機電解液都是易燃物，以後的事我就不用再解釋了。
下面看看加拿大Moli的悲慘故事：
Dec. 1988 - 2 Million Li/MoS2 cells in the field
(NEC laptop and NTT Cell phone)
- Spring 1989 - Li/MnO2 cell ready to go
- Spring 1989 - Safety incidents in the field
- Summer 1989 - We understand theproblems
- Summer 1989 - Complete recall of all phone
packs and Moli goes into receivership.
- Spring 1990 - NEC and Mitsui buy Moli.
就是因為想用鋰金屬做負極。收購 Moli的NEC，不見黃河不落淚，仍然：
NEC and Mitsui insist on the "Confirmation Test“ when they purchase Moli in 1990.
500,000 cells made, each individually x-rayed for
manufacturing defects.
50,000 cell phone battery packs built and cycled
under low rate conditions. (Over 5000 chargers
built for the task.)
After 1.5 years of assembly and testing many
serious failures.
NEC and Mitsui decide to abandon Li metal cells
FOREVER.
Even Hydro Quebec eventually abandoned
Li metal cells with polymer electrolyte.
不得不佩服，看看今天誰能為了Confirmation Test，做500,000 個cell，每一個X-rayed for defects. 再來50,000個的手機電池測試，整整搞1.5年，最後結論就是這個是好疼的坑。於此同時索尼扔掉了鋰金屬，換成石墨做負極，整出來了鋰離子電池，佔領了市場。
鋰金屬作負極在電池工業界是一個滑鐵盧般經典的案例。現在每當電池工業界的行內人聽到有人忽悠鋰空氣、鋰硫電池時，他們的嘴邊都是揚起一絲殘忍的微笑。鋰空鋰硫這些東西，且不說自身那一堆“極其具有挑戰性”的問題（其實有些說白了就是無解），他們的“巨大潛力和光明的未來”全部基於這樣一個假設，就是鋰金屬可以作負極，否則那些高容量高能量密度都是虛幻。
不少研究人員、企業都把目光放在高大上一勞永逸地解決循環次數、能量密度、溫度和環境適應性、安全性等等問題，為什麼它們會如此執著，是因為電池技術一旦產生大的突破，商業效益巨大到無法想象。Apple Watch、Google Glass、電動汽車、物聯網設備、智能家居等等，實用性和可靠程度會因電池的進步產生質變，每一個都是大生意。
那種在實驗室不計成本有苛刻限定條件下做出來的“突破性”產品，其實很早很早就有人做出來了，但是大規模生產的良品率、成本、產品本身的可靠性，就是無法解決。本質的問題在於，它們的研究方向、它們一根筋鑽研的方案，不具備實際應用的可行性。
案例二，被美國最頂尖科研機構看好的項目，明星公司“意外”的材料突破，居然是靠瞎蒙的。
2012年2月，華盛頓DC，一場新能源學術會議，蓋茨和克林頓的大名吸引了慕名而來的大批行研，投資人和企業家，還有大名鼎鼎的ARPA-E，美國高端能源項目研究署。署長Arun Majumdar在現場友好而熱烈的氣氛中宣佈了其任上第一個落地的大項目：創業公司Envia研發的雙倍能量密度新電芯。Arun表示一次充電可從華盛頓直接開到紐約的汽車電池成本可從3萬美金降至1.5萬，圍觀群眾反響熱烈，紛紛表示都將購買棒呆的電動車。
很快，Envia獲得通用汽車（GM）的青睞，雙方簽署合作計劃，後者出資支持其研究，計劃讓這種新電芯在自家電動車上大放異彩。記者Steve LeVine在他的著作《The Powerhouse》中這樣評價：這筆交易給Envia帶來數以億計的潛在業務。但好景不長，GM的電池專家發現自己無法重現Envia的實驗結果，Envia的革命性電池產品就此Duang掉。
鋰離子電池，上世紀70年代末發明，90年代大規模商業化。這種電池依靠鋰離子在正負極之間移動來產生電流，輕便高效，便攜式電子產品因此大規模轉型；但電動車上搭載鋰離子電池卻是近幾年的事。同在90年代，GM的電動車EV-1使用的是老掉牙的鉛酸電池，600公斤的電池充滿後卻只提供80到150公里的續航。2008年特斯拉在自家第一款產品中引入了鋰離子電池，提供400公里的續航能力（幾乎3倍於當年的EV-1），然而整車售價達到了10萬美金，這貨到底貴在哪兒？用腳趾頭都想得通。話雖如此，那屌絲們怎麼辦？日產和GM使用了小電池組的產品自然要廉價很多，當然續航里程也同時大打折扣咯，幾乎都沒能超過160公里。無語，依然10年前的水準。
電池這麼個小玩意兒，技術難度到底在哪兒？
筆者跟讀者一樣有此疑問。但別看它不起眼，如果要動它哪怕一分一毫，假設只是一個電極換成新材料，沒有經年累月的測試，也沒人敢打包票。
LeVine在他的書中描述了當年Envia的窘境。2006年Envia從阿貢國家實驗室弄到一種牛X的新材料，熱乎勁兒還沒過，問題出現了，掏腰包的大佬們稱之為“毀滅因子”：時間一長，新電池的電壓就變得極不穩定——廢了。阿貢實驗室的技術人員日夜攻關也沒能給出個像樣的說法，實際上這幾位磚家對新材料的物理和化學特性還不夠了解，這種情況下盲目入手顯然也是醉了。
Envia顯然不打算放棄，基於硅材料加工的電極又被開發出來，但這次他們又遇到問題：新電極不太結實，眨眼間四分五裂。這次磚家們為了保住飯碗，星夜兼程總算是解決了問題，然而……解決方案實在是過於複雜，根本不可能在量產中實施。
時間快進到2012年，Envia公司信心滿滿的參與了華盛頓的那場大會，因為他們完美解決了之前兩種材料的問題：新的硅電極加工起來很便宜，而來自阿貢實驗室的牛X材料被一種新的塗層包裹，穩定了電池的輸出。“Envia終於明白問題是出在了塗層上，”LeVine在書中說道，“但他們一直沒有確定塗層的組分，也不清楚為什麼塗層能夠解決問題。”但Envia只是一家創業公司，限於資金壓力，他們沒有設備來搞清楚這一點。之後大家都知道了，GM提出Envia的實驗結果無法復現，那麼塗層問題再次成為關鍵：材料組分上的細微變化足以造成性能上的天差地別。戲劇性的是，Envia振奮人心的材料突破，其實得益於不靠譜的供應商導致的原料汙染。都說失敗是成功他老孃，話糙理不糙，可成功總覺著自己是孤兒，這事兒就變得不那麼勵志了。
相比Envia，特斯拉和松下公司在電池上的革新顯得靠譜很多。自2008年至今，Tesla的電池組成本砍掉近一半，而儲能效率驚人的提升了近60%。特斯拉聰明就聰明在自己不玩化學的玩意兒，而是在工程學和生產工藝上動腦筋。
電池是材料科學和化工的交叉產品，而材料科學被稱為是“猜上帝的喜好”的試驗性科學，理論要根據的大樣本長年累月的試驗結果去“校正”，先有結果再有理論，而且理論往往毫無預見性。材料科學極難產生基礎性的大突破。
所以，問題來了，電池基礎材料技術極難突破的情況下，相關的產品創新就一定徘徊不前？未必，文首的視頻，是一個非常閃光的產品思路，下一篇文章我們將具體講解。
注：本文首發於微信公眾號【以色列創新】：zhongyichuangxin，這裡有浪漫故事，真正的黑科技，以及最權威的以色列高科技公司數據庫。
閱讀更多 偽geek 的文章
