【科技．未来】锂离子电池见末路 新电池开发竞赛展开
当手机已从“大哥大”演变到智能电话，锂离子电池面世廿多年来却大同小异，离技术瓶颈极限不远。5G、电动车、太阳能电网、飞天车（flying cars）等各种未来潮流纷纷涌至，正需要一场电池革命来支持。
种种问题使现有的锂离子电池逐渐走到尽头，难以应付未来的科技潮流。（详见前文：【科技．未来】物料廿多年未变 锂离子电池陷瓶颈）科学界、业界、初创公司等各有进路，针对不同元件，以不同新材料来彻底改造锂离子电池。
方向一：锂矽电池
矽（silicon）是其中一种备受看好的材料，前Tesla员工贝迪基夫斯基 （Gene Berdichevsky） 创立的Sila Nanotechnologies就用矽来着手改善石墨阳极：“在六、七年前开始已看到石墨的局限，现时它在电池的热动能基本上已发挥至极限。”从结构上来说，每个矽原子可与四个锂离子结合，作为阳极材料，与相若重量的石墨相比，可储存十倍数量的锂离子。但这种优势亦带来另一难题，正因为能储存更多的锂离子，矽阳极会因而剧烈膨胀最高达400%，充电时会自行毁烂。
针对这个难题，Sila声称已找到解决方法。贝迪基夫斯基说经过三万次尝试，他们成功创造出一种微米级大小的球体结构，充电时的膨胀只会在结构内部发生，外部不受影响。Sila的技术获德国车厂BMW青睐，计划在2023年于部分电动车上使用这种物料，并预期可增加10至15%电池能量。事实上，特斯拉现时的电池阳极已添加了少量的矽，除Sila之外，Enevate、Enovix等初创公司也以矽来开发电池。
方向二：锂硫电池
锂硫电池是另一股开发潮流，即利用硫（sulphur）作为电池阴极。电池专家史尼迪卡（David Snydacker）说：“锂硫电池虽然每公升能量不算很好，但硫阴极胜在够轻。”不过，这种电池重复充电时会在阴极中产生“枝晶”（dendrites），有可能穿过隔膜接触阳极，造成短路。
索尼（Sony）声称已解决这个问题，并预计于2020年推出使用锂硫电池的电子产品至市场。同样针对阴极改良的还有古迪纳夫的学生葛蕾（Clare Grey），她正着手研制锂空气（Lithium-air）电池。理论上，这种电池可有更高的能量密度，但现阶段即使在实验室也无法稳定地充电，充电次数也有限，遑论在现实中使用。
方向三：固态电池
对于这些进路， 美国电池初创公司Ionic Materials创办人齐默尔曼（Mike Zimmerman） 认为固态电池（solid-state battery）才是最终答案：“很多人在研究改良不同的阴极、阳极，但对电池发展最大的阻力是电解质，也正是我们努力改进之处。”所谓固态电池，即把现时电池的电极或液态电解质，以一种聚合物的固态材质取代，如玻璃或陶瓷等，这样做最大好处是电池体积较小且容量高，比现时液态的锂离子电子更便宜和不易燃外，理论上也更快和更长寿。“同样容量下，固态电池可提供双倍能量。第一波固态电池应可在无人机中看到。”史尼迪卡说。
Ionic Materials的固态电池安全测试片段（https://vimeo.com/215524186）：
中国飞天车公司亿航（Ehang）的共同创办人熊逸放则补充：“固态电池展现出很高的能量密度，可延长飞行器具的电池寿命，但其他性能例如发电能力仍有待改进。”固态电池何时能推出市面仍属未知之数，丰田（Toyota）车厂便承认在量产固态电池时仍有些问题尚待解决，另一日本车厂日产（Nissan）的研发及工程高级副总裁浅见孝雄今年4月时更说：“所有固态电池，大致上都仍处于早期研究阶段，现阶段‘实际上是零’。”
方向四：超级电容
在更远的将来，电池可能不再止于锂离子。英国初创公司ZapGo正以碳来研制电池，灵感来自超级电容（Supercapacitor）。有别于锂离子电池所使用的化学方法，电容储电以物理方式用电场储电，就像气球上的静电。由于不涉及化学反应，电池不会像锂离子电池般因长年累月充电和发电而快速耗损，故较为长寿。ZapGo创办人禾拉（Stephen Voller）声称其电池可承受10万次放电，是锂离子电池的100倍，每天充电的话相当于可用30年
不过，超级电容储电量不及锂离子电池，亦很快无电，锂离子电池充电后能储电长达两周，超级电容则只有几小时。能源储存科学家海格特（Donald Highgate）就认为两者可互补，未来手机可以既有一、两分钟快速充电，又有锂离子电池作后备：“若有快速充电功能，你可以在搅拌咖啡时，让手机在感应线圈上充电。”但要这样做，需要对充电器作出修改，因为传统锂离子电池的充电设计是刻意减慢充电速度以防止起火，而ZapGo或任何超级电容系统则需要与之相反的充电器。
ZapGo现时仍不够能量推动一部手机，禾拉预计要到2022年或“iPhone 15”推出时才能面世。然而，包括戴森设计工程学院（Dyson School of Design Engineering）谷巴（Sam Cooper）在内的一些专家质疑，电器商对这种长寿电池是否感兴趣：“对手机制造商来说，有很强的经济诱因让他们的手机在推出下一代时就‘死亡’。”
一枚锂离子电池造就了一个科技时代，这场最新的电池研发竞赛鹿死谁手仍言之过早，但胜出者很可能会改写出另一个科技时代。
上文节录自第123期《香港01》周报（2018年8月6日）《锂离子电池陷瓶颈 难撑起5G飞天车 是时候换电了》。