尽管如此，提升10%也并不是很多。在过去几十年里，出现不少创新，阴极的能量密度的确提高了，现在机会在于阳极。

制造阳极时，石墨仍然占主导地位。便宜、可靠、能量密度也可以，这是它的优势。不过与其它潜在的阳极材料相比，比如硅、锂，堆叠时石墨相对比较脆弱。

从理论上讲，硅吸收锂离子时比石墨更好。正因如此，一些企业设计阳极时，才会尝试向石墨内挤入一些硅；特斯拉CEO马斯克曾说，他的公司正在开发此类电池。

如果能制造出在商业上可行的硅阳极（完全用硅制造），那会是一大进步。不过因为硅元素有一些自身特点，很难做到。当石墨吸收锂离子时，体积不会有太大变化。如果是硅阳极，在相同的条件下会膨胀到原来的四倍。

真遗憾，你不能只是扩大外壳，让它适应膨胀，膨胀还会破坏硅阳极“固体电解质膜”（SEI）。

你可以将SEI视为保护层，它可以保护阳极，就像铁生成铁锈一样，也就是所谓的氧化铁，它能起到保护作用。当外面多了一层，与氧气的反应就会减速。在铁锈之下，铁的氧化速度会变慢，内部更坚固。

当电池第一次充电时，电极会形成自己的“铁锈”层，也就是SEI，将电极未被侵蚀的部分与其它部分分离。SEI可以阻止其它化学反应，防止电极遭到侵蚀，确保锂离子能够尽可能平稳地移动。

如果引入硅阳极，当我们用电池给其它设备充电时，每一次SEI都会分解，每次充电之时再度形成。在每一个充电循环周期中，会有一些硅被消耗。最终，硅消耗会达到一定程度，然后电池就不能再用了。

在过去10年里，一些硅谷创业公司不断寻找解决方案。例如，Sila Nano找到一种方法，它将硅原子封装在纳米壳内，里面有许多的“空房间”。这样一来SEI就会在壳外形成，硅原子膨胀是在内部发生的，每次充放电循环时不会破坏SEI。Sila Nano的估值达到3.5亿美元，它曾说技术最快2020年就会用于设备。

还有Enovix，它引入特殊制造技术，将100%的硅阳极置于极大的物理压力环境，迫使它尽可能少吸收锂离子，这样一来阳极的膨胀就会受到限制，防止SEI损坏。Enovix拿到了英特尔、高通的投资，预计它开发的电池会在2020年用于设备。

从这些企业的研究看，硅阳极无法达到理论高能量密度。不过两家公司都说，相比石墨阳极，它们的电极表现更好。第三方正在对电池进行测试。

安全挑战

为了充入更多的能量，对分子进行修补，可能会影响安全。自发明以来，锂离子电池总是因为起火引起麻烦。1990年代，加拿大Moli Energy开始将锂铁电池用于手机，正式商用，不过到了现实世界，电池存在起火隐患，Moli被迫召回产品，最终公司申请破产。公司一些资产被中国台湾企业收购，Moli自己现在仍然打着E-One Moli Energy的品牌名义销售锂电池。

最近，三星Galaxy Note 7也因为电池起火被召回，手机装备的是锂离子电池。2016年召回时，三星损失53亿美元。

锂离子电池仍然有起火隐患，因为它们大多都用易燃液体作为电解质。真是不幸，液体能够轻松运输离子，但它们却容易起火。有一种办法就是使用固态电解质。不过固态电解质也有其它缺点。固体更坚硬，你不妨想象一样，将骰子扔进水里和沙里，在水中它接触的表面会比沙子多很多。

目前，只有低能耗环境才会用上固态电解质锂离子电池，比如互联传感器。为了扩大固态电池的应用范围，大家一般有两个选择：一是高温固体聚合物，二是室温陶瓷。

下面依次解释一下：

高温固体聚合物：聚合物是很长的分子链连接在一起。在日常应用中，这种材料很常见，塑料袋就是由聚合物组成的。当一些聚合物加热之后会变得像液体一样，不过它们不像液体电解质那么易燃。换言之，它们拥有很高的离子电导率，就像液体电解质一样，但是没有易燃风险。

可惜，聚合物也有自己的局限性。它们只能在105摄像度以上工作，不适合手机。不过我们可以在家用电池中引入，用来存储电网电能。至少有两家公司正在开发，一是美国SEEO，二是法国Bollor，它们都在开发新固态电池，用高温聚合物作为电解质。

室温陶瓷：在过去10年里，有两种陶瓷向我们证明，在室温环境下，它的离子导电率和液体一样好，一是LLZO（锂，镧，氧化锆），二是LGPS（锂，锗，硫化磷）。

丰田与硅谷创业公司QuantumScape都在开发陶瓷锂离子电池。卡耐基梅隆大学专家Viswanathan说：“在未来2年或者3年，我们极有可能会看到一些真正的陶瓷电池出现。 “

最终只是平衡

电池是一项大业务，市场规模还在增长。钱在那里，企业家也就涌向那里，带来各种创意。不过电池创业公司处境艰难，因为失败率比软件企业高。为什么？想在材料科学领域取得突破是一件很难的事。

电池化学家发现，当他们尝试提高一极时（比如能量密度），另一极就会削弱（比如安全）。因为要保持平衡，想在各个方面取得进步就会很难，速度很慢，还会带来多种问题。

不过瞄准电池的专家也越来越多，这是一个好消息。MIT专家 Yet-Ming Chiang说，与10年前相比，美国研究电池的科学家多了2倍，成功的机率上升了。电池的潜力相当巨大，考虑到挑战很大，难度很高，当我们听到某人说新电池有多好时，最好还是带着怀疑的眼光审视一下。