固态电池技术的新篇章正在马里兰州展开

《华尔街日报》最近参观了该公司位于马里兰州的工厂后，认为Ion Storage Systems是一家真正有机会实现这一长期寻求的突破的公司。在美国能源部和私人投资者的支持下，Ion的电池现已陆续下线，早期产品已在美国国防部和主要电子产品制造商处进行测试。

固态电池常被誉为储能领域的“圣杯”。与使用液体电解质和石墨阳极的传统锂离子电池不同，固态电池用固体陶瓷材料取代液体电解质，并通常使用锂金属作为阳极。

这种设计带来了诸多好处：更高的能量密度、更快的充电速度、更长的使用寿命，以及至关重要的更高的安全性。传统的锂离子电池容易过热，在极少数情况下甚至会起火。Ion 设计中的固体陶瓷隔板不易燃，大大降低了这种风险。

Ion 创新的技术核心在于其独特的陶瓷电解质。大多数固态电池在充放电过程中都会经历膨胀和收缩（通常被称为“呼吸”），而 Ion 的三维陶瓷结构则既能充当隔膜，又能起到缓冲作用。多孔陶瓷使锂离子能够在电极之间高效移动，同时适应循环过程中发生的物理变化。

这样就无需使用笨重的压缩系统、金属板或弹簧，这些都会增加其他固态设计的体积和复杂性。最终，这种电池可以封装在轻薄灵活的软包中，就像如今的锂离子电池一样，但性能和安全性却大幅提升。

制造这些电池绝非易事。陶瓷层必须在极其洁净的环境中生产，其工艺更类似于半导体制造而非传统的电池组装。Ion 最近投资了先进的烧结炉，以扩大其陶瓷产量，力争从试点生产扩大到商业化量产。该公司新建的 33000 平方英尺（约 3200 平方米）的工厂拥有 75 名员工，并计划随着产量的提升，员工人数将翻一番。

Ion 的电池已取得令人瞩目的技术里程碑。该公司的电池在实验室测试中已实现超过 1000 次充电循环，并保持了 80% 以上的容量——这是消费电子产品和电动汽车的关键要求。与许多需要外部压力来维持层间接触的固态原型不同，Ion 的设计完全无压缩且无阳极，从而简化了制造过程并使其易于集成到现有产品中。

在电池行业，商业化之路异常艰难，许多前景光明的技术都无法规模化或满足实际需求。然而，Ion 的做法却吸引了政府和业界的高度关注。该公司最近从美国能源部的 ARPA-E 项目获得了 2000 万美元资金，并获得了配套的私人投资，以加速其开发和生产。与圣戈班等全球材料公司以及 KLA 等科技公司的合作，正帮助 Ion 改进其工艺流程，并为更广泛的市场准入做好准备。

近年来，由于固态电池行业屡屡受挫，风险投资对固态电池初创企业的投资有所下降。尽管外界仍存疑虑，但Ion的进展令人瞩目。该公司的电池已开始评估其在军事领域的应用，因为可靠性和安全性至关重要；此外，Ion也正在评估其在下一代消费电子产品中的应用，因为更长的电池寿命和更快的充电速度也备受推崇。

如果Ion能够继续实现其技术和制造里程碑，其影响将十分深远。固态电池可以显著延长电动汽车的续航里程，让智能手机一次充电就能使用数天，甚至实现重型设备和飞机的电气化。

对于美国及其盟友来说，在国内开发这项技术也是一项战略重点，这为减少对外国电池供应商的依赖并在全球能源转型中超越竞争对手提供了机会。