固态电池：中美竞速，突破瓶颈迎决胜
固态电池，这项被寄予厚望却长期未能大规模商业化的储能技术，正迎来其发展的关键“决胜时刻”。在全球能源转型的大背景下，中美两国企业正围绕这一未来技术展开激烈竞争。尽管中国已在传统锂离子电池制造领域占据主导地位，但美国公司正寻求通过固态电池技术实现“弯道超车”。
多年来，QuantumScape公司联合创始人兼首席技术官蒂姆·霍尔姆（Tim Holme）每周都会目睹相似的“剧情”上演：某实验室宣称已攻克难题，发明了“未来电池”，在论文中解决了困扰业界数十年的问题。然而，霍尔姆指出：“这些宣称中，几乎没有一个真正实现。”QuantumScape这家位于加利福尼亚州圣何塞的公司，已在固态电池研发上投入了15年，累计亏损超过39亿美元，这凸显了该技术从实验室走向实际应用的巨大挑战。
最近的一个警示案例是芬兰初创公司Donut Lab。该公司曾因宣称推出了一种高性能固态电池而备受关注，据称其能量密度是典型锂离子电池的两倍，且不含稀土矿物，无火灾风险。然而，Donut Lab未能公布支持其大胆主张的详细数据。2024年6月，电池研究员兼YouTube博主瑞安·休斯（Ryan Hughes）与外部专家共同提供了证据，表明Donut Lab的电池实际上是高性能锂离子电池，内部含有液态电解质。霍尔姆表示：“在电池行业摸爬滚打多年的人，都抱持着健康的怀疑态度。”
然而，在这些喧嚣和质疑声中，固态电池的研发竞赛正加速推进。来自中国、日本、韩国和美国的企业纷纷发布最新进展，将电池技术从实验室推向工厂。丰田汽车公司，作为拥有最多相关企业专利的巨头，宣布其固态电池将在两年内开始应用于汽车。而中国公司，目前已生产全球80%以上的锂离子电池，也已开始出货半固态电池产品。
在美国，两家领先企业正采取不同的路径，但目标一致。其一是获得大众汽车支持的QuantumScape公司，该公司目前在硅谷的试点生产线上生产其陶瓷基固态电池。另一家是位于马萨诸塞州比勒里卡的Factorial Energy公司，由创始人兼首席执行官黄思宇（Siyu Huang）领导，其聚合物电池正在梅赛德斯-奔驰和Stellantis等汽车制造商的车辆中进行测试。这两家公司均声称其电池的能量密度远超当前典型的电动汽车（EV）电池，QuantumScape的电池能量密度高达301瓦时/千克（Wh/kg），而Factorial的电池则达到391瓦时/千克。这些显著的提升有望有效缓解电动汽车用户的“里程焦虑”。从体积能量密度来看，QuantumScape的电池略胜一筹，达到844瓦时/升（Wh/L），而Factorial为748瓦时/升。
QuantumScape正在开发一种全新的电池化学体系，这需要全新的制造工艺；而Factorial Energy则致力于设计一种能够兼容现有大部分行业设备的电池。尽管策略不同，但两家公司的核心赌注是相似的：与其在锂离子电池领域与中国竞争，不如直接跨越式发展，抢占固态电池的先机。目前，电动汽车仍是固态电池最大的应用市场。然而，鉴于电动汽车销量增长放缓以及供应链方面的担忧，两家公司也已开始将目光投向电动汽车之外的更广阔应用前景。
谁将在这场竞赛中胜出，目前尚难定论，部分原因在于“固态”的定义本身就存在一定的模糊性。
值得一提的是，固态电池的底层技术最初主要由美国科学家开创。M. Stanley Whittingham在20世纪70年代于埃克森公司研究期间开发了首个功能性可充电锂电池；而约翰·古迪纳夫（John Goodenough）因其在锂离子电池方面的奠基性工作，于2019年获得了诺贝尔化学奖，他职业生涯的大部分时间都在德克萨斯大学奥斯汀分校度过。然而，这项技术最终由日本索尼公司在其Handycam摄像机中实现商业化，随后在韩国大规模生产，并日益被中国主导。橡树岭国家实验室电气化部门负责人伊利亚斯·贝尔哈鲁克（Ilias Belharouak）指出，目前为我们大多数电动汽车和电子设备供电的电池“是在美国发明的——但不幸的是，我们在相当长一段时间内忽视了其可制造性。”