作者 | 周永亮编辑 | 郑玄
上游原材料短缺的问题，已经成为制约新能源汽车家当发展的瓶颈。从 2020 年至今，新能源汽车电池的紧张原材料——碳酸锂的价格上涨了超过 10 倍，本钱上升传导到主机厂，后者无奈只能以涨价应对。
即便强如特斯拉，也无法独善其身。在最近的财报电话会议，特斯拉 CEO 马斯克呼吁：加大对锂矿开采的投资，以补充由于电动汽车的遍及而造成的巨大供需缺口。
他表示，电池生产，更确切地说，锂是环球电动汽车遍及的「根本限定成分」。「我们认为，我们须要在这方面帮助这个行业。实际上，目前锂业的利润率险些等同于软件行业。」
Theion 首席技能官 Marek Slavik（左）和首席实行官 Dr. Ulrich Ehmes 先容水晶电池的硫晶体
应对当下的困境，行业一方面加快上游原材料的开采节奏，另一方面也在大力研发下一代的电池。锂硫电池被认为是潜在的候选之一。最近，德国初创公司 Theion 交出了他们的「答卷」，推出了运用处景多元的水晶电池，并开始推进商业化落地。
01 什么是水晶电池？Theion 的水晶电池属于锂硫电池的一种。它因此硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池。锂硫电池由于其较高的理论容量（1675mAh/g）和功率密度（2600 Wh/kg），资源丰富和价格低廉以及对环境友好等特点，一贯受到科学家们的广泛关注。
当然，任何一枚硬币都有两面。锂硫电池的缺陷也尤为明显，紧张是硫的导电性差、充放电过程中电极体积膨胀、存在着穿梭效应，以及阳极会有锂枝晶天生等，这些瓶颈问题一贯影响着锂硫电池的商业化。
硫熔化形成晶体
为理解决这些问题，Theion 首席实行官 Ulrich Ehmes 博士见告「极客公园」，他们在两个方面做了打破：第一，他们采取的硫，不是粉末，而是硫晶体，这样可以提高电池的能量密度；第二，他们研制了分外形式的碳纳米管涂层，可以担保电池性能更加稳定。
拥有数十年管理履历的 Ehmes 博士，非常清楚材料的主要性，它能办理高能量密度、短充电韶光、长循环寿命和本钱等问题，也是在电池行业成功的关键。
目前，Theion 的第一代技能已经将锂硫电池的能量密度做到了 500Wh/kg，他们的目标是在 2023 年，把第二代技能将锂硫电池的能量密度提高到 700Wh/kg；在 2024 年，第三代技能将锂硫电池的能量密度提高到 1000Wh/kg。
这已经远高于当前主流电池的水平。目前动力电池紧张有两条技能路线：三元锂电池和磷酸铁锂电池，它们的能量密度分别在 250Wh/kg 和 160Wh/kg 旁边。更主要的是，锂硫电池的理论能量密度上限更高（2600 Wh/kg），未来提高的空间更大。
同时，目前主流的锂离子电池，紧张是由五种材料（镍、钴、锰、锂和石墨）加工而成。除了石墨，其他四种原材料价格大幅上涨，也增加了电池的生产本钱。比较之下，硫本钱与 NMC811（电池正极材料镍钴锰比例为 8:1:1）比较，节省了 99%。一样平常来说，正极材料本钱占电池本钱的1/3。如果正极材料低落到之前的1%，也就意味着整体本钱低落了大约1/3；同时，通过新生产工艺，水晶电池可以节省 90% 能源。
除了能量密度和本钱，循环次数也是衡量电池性能的主要指标。目前，水晶电池能达到 500 次旁边的循环次数，低于当前三元锂电池（1000 次到 2000 次）和磷酸铁锂电池（3000 次旁边）。不过，Ehmes 博士表示，他们接下来会持续更新和迭代产品，提升水晶电池的循环次数。
实在，锂硫电池并非什么新鲜事物，对它的研究从上世纪 70 年代就已经开始。目前，欧美等国家的锂硫电池研究因此家当主导。
英国的 Oxis 能源公司，此前成功测试了一款能量密度达到 471Wh/kg 的电池电芯样品，并与部分欧洲车企签订了采购条约；美国的 Sion Power 公司，紧张侧重无人机和军用编写电池以及电动车领域。2010 年，该公司就曾把锂硫电池运用到大型无人机上，冲破当时翱翔高度、连续翱翔韶光和事情温度最低三项无人机记录。
比较之下，中国的锂硫电池研究紧张因此科研机构和高校为主，电池公司为辅。
西安交大材料学院柳永宁教授课题组，通过调控氧空位来促进氧化铟在锂硫电池中的催化活性；中科院大连化物所研制的能量型锂硫电池比能量从 520Wh/kg 逐步提升到 609Wh/kg，刷新了二次电池比能量在同领域的领先位置；南京大学周豪慎教授课题组开拓出的锂硫电池，在进行 1500 次循环试验后，仍旧坚持了 900mAh/g 的较高充电容量……
除此之外，国轩高科、猛狮科技、桑顿新能源等部分动力电池企业，也在锂硫电池技能研发上形成了一定的技能储备。
02 加速商业化虽然比较锂离子电池，锂硫电池具有更高的比容量和能量密度，但它的商业化之路却走得更加困难。
Theion 电池专家团队
Theion 虽然只是一家初创企业，但他们已经开始动手让水晶电池走出实验室，加速商业化。据理解，Theion 总部位于柏林，在当地设有三个办事处，有 12 个员工，超过一半都持有博士学位。
Ehmes 博士先容，Theion 目前还处于初期，须要的是最精彩、最精良的人才，现阶段还不须要一个超大的团队。随着项目的不断推进，团队会不断扩大。
根据 Theion 公司的方案，他们的水晶电池将在 2022 年底，对第一批用户供应产品内测。目前，他们正跟欧洲的航天公司沟通互助的事情，由于「他们须要特殊轻的组件」。2023 年，Theion 将开始向航空、移动和可穿着设备等领域供应水晶电池；并在 2024 年则扩展到汽车和翱翔汽车领域。
值得一提的是，2024 年操持为电动汽车供应的水晶电池，可以实现充电一次续航里程超过 1000 公里，快速充电小于 10 分钟。这样的数据，优于当前主流新能源汽车电池的性能水平。
之以是采纳这样的策略，或许跟 Theion 紧张投资者 Team Global 有关。据理解，Team Global 是一家欧洲技能控股公司，专注投资和创办前沿科技公司。此前，Team Global 已经投资了许多航空航天初创公司，比如 Autoflight、Volocopter、MILESmobility 和 Archer Aviation。
Theion 也有操持进入中国市场。Ehmes 博士表示，中国是环球主要的移动设备及海陆空交通工具产地。考虑到客户群，Theion 水晶电池未来发展与中国市场紧密干系。当前，他们的目标是将水晶电池的运用推广至欧洲的航空航天领域。接着，他们将考虑进入中国市场，有可能在中国培植超级工厂。
电池技能过去几十年历经数次迭代，从铅酸电池到镍氢电池，再到本日的锂电池、锂硫电池，都各有优缺陷。比较之下，三元锂电池能量密度大，但安全稳定性仍存短板；磷酸铁锂电池的优点是安全稳定、寿命长，但能量密度相对逊色、产品同等性也较差；氢燃料电池环保、续航里程长，但本钱偏高；锂硫电池性价比较高，能否在浩瀚电池中脱颖而出，令人期待。
Ehmes 博士表示，可能不同运用处景，对电池的哀求也各不相同。目前，很多实验室和机构，都提出了各自的方案，但最大的寻衅是用这个方案去撬动现实的市场，把这些技能真正运用到社会生活。
同时，他也表示，在商业化的过程中，电池行业的打破点，在于供应链。当前，新能源汽车就受困于这一点，由于原材料价格上涨影响到制造本钱，终极传导到了消费端。未来的电池行业，供应链要更加平稳，价格颠簸更小，这是 Theion 未来努力的方向。
头图来源：Theion
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