QuantumScape是一家鋰金屬電池創業公司，11月股市開始交易的第一天，它的股價大漲57%。10天之後，QuantumScape的股價又翻了一倍，過了不到兩週，股價再漲72%。在不到一個月的時間裡，QuantumScape股價漲了5.7倍。隨後股價開始大跌。與大約兩個月前相比，現在它的股價大約只上漲了80%。
現在鋰離子電池技術似乎迎來重大突破，如果你能理解到這一點，便會明白QuantumScape的股價瘋狂上漲符合邏輯。大約45年前，埃克森美孚公司（Exxon）發明第一個鋰儲存裝置，之後研究人員便開始努力，想做到石油公司沒有做成的事：開發出高純鋰電池，鋰是元素週期表上最輕的金屬。如果他們成功了，新電池就能為電動汽車提供強大的電力儲存裝置。可惜，一直沒有人有能力駕馭這種頑固的金屬。
但金屬電池有一個巨大缺陷，它會形成枝晶。枝晶的形成是電池重複充電和放電後金屬積澱不均勻造成的。電池使用時間延長，金屬晶簇會生長，形狀類似樹枝，有時能夠穿透電極隔離膜，進而造成電池短路，使設備「死亡」。研究人員想解決枝晶問題，但他們連引發的原因都沒有完全搞明白。有一點是研發人員認同的：枝晶很可怕。在研發電池的過程中，如果發現枝晶開始出現，也就意味著不得不宣告研究失敗了。
去年12月，QuantumScape發布消息，宣稱公司取得令人矚目的成績。它開發出新型鋰金屬電池，這種電池只要15分鐘就能充滿電，裝進汽車，當汽車行駛24萬英里之後，還能保持90%剩餘電量。在一項測試中，電池甚至只要2分鐘就能充滿。一時間，華爾街和電池研究社群沸騰了。
不久前，QuantumScape的兩位創始人接受採訪，但他們似乎只想談論一件事：公司是如何解決枝晶問題的？
QuantumScape CEO 傑迪普·辛格（Jagdeep Singh）和CFO 提姆·福爾摩（Tim Holme）解釋說，公司找到了引發枝晶的準確原因，隨後研究人員開發一種材料，它可以在枝晶「成長」之前克制它們。如果研究成果真的有效，它會是1991年鋰離子電池商業化之後電池領域最重要的突破。Singh說：「我們很幸運，最終開發出這樣一種材料。團隊發現了它。還有，團隊可以用低成本大規模製造這種材料。如果做不到這一點，那就沒有意義。」
在過去幾年裡，QuantumScape是一家很神秘的公司，它拒絕透露最基本的細節。去年9月，QuantumScape在紐交所上市，大家開始走近它。儘管如此，對於這種關鍵的分離材料（在兩極之間的薄膜片），QuantumScape仍然保持沉默。
有一個問題值得我們思考：班尼斯特（Bannister）時刻真的來了嗎？從19世紀開始，全球賽跑教練和運動員都在努力，試圖達成一個目標：在4分鐘以內跑完1英里。1954年，一位25歲的英國醫學院學生衝破極限，他叫羅傑·班尼斯特（Roger Bannister）。可惜新紀錄並沒有保持多久。46天之後，澳大利亞運動員又刷新紀錄，第二年，在一次比賽中居然有3位選手也達到目標。在隨後的幾年裡，又有1400多人達到。由此可以看出，在4分鐘內跑完1英里這個障礙只是意識上的，並非做不到。
枝晶只是意識上的障礙嗎？其它企業也能打敗嗎？
2009年，辛格想發明新電池。當時他是Infinera光網路公司的CEO和創始人，辛格辭去工作，向理想挺進。辛格在史丹佛大學拿到電腦學位，在那裡結識了材料學教授福爾摩和佛里茲·普林斯（Fritz Prinz）。第二年，QuantumScape公司創建。
辛格說：「我們當時並不知道應該如何製造更棒的電池，我們只是想增加能量密度，加快充電速度，增強安全性，等等。」不只如此，製造必須便宜，電池內不能有稀土或者稀有材料（比如鍺、鉑、鈀），製造必須可以持續，用現有鋰離子電池製造機器就能生產。
很快辛格就得出結論，要造出超級電池，最好的選擇是鋰。但是鋰金屬極為活躍，目前的電動汽車電池也是鋰電池，但裡面只有少量鋰，放在安全的石墨陽極中。為了製造純鋰金屬電池，大多研究人員會開發固態分離器，防止液態電解質破壞鋰金屬。辛格的目標也是一樣的，為了製造新電池，他融資1.5億美元。沒多久，QuantumScape就招募了大約100名工程師。福爾摩團隊將所有可能的材料列出來，看看哪種材料能夠製造最好的分離器。
辛格說：「很可惜，所有材料都會形成枝晶。這是最大挑戰，也是唯一挑戰。」一年過去了，然後是兩年，三年。2014年辛格絕望了，團隊其它人也絕望了。辛格用照片展示枝晶，他說：「真是一張讓人恐懼的圖片。這裡是固體分離器，但它無法阻止枝晶。在圖片你可以看到鋰金屬穿過材料，上面的灰色區域說明鋰已經滲透到材料中。」
沒有一種材料有用。辛格回憶道：「當時我們陷入黑暗時刻。公司融資了不少錢，但看不到隧道盡頭有光。你不知道正確的行動應該是怎樣的。現金躺在銀行帳戶上。是不是應該繼續投資？是不是應該告訴投資者：『伙計，錢還給你，項目行不通。』」
福爾摩將所有人集中，對他們說：「沒有時間了。將工作放下，所有人都聽著，現在我們要開始解決枝晶問題。如果問題不解決，我們就不會有產品，不會有公司。」在整整一年裡，工程團隊所有人都圍著枝晶問題轉。他們收集所有枝晶形成的理論。最開始他們認為只要分離器足夠硬，枝晶就不會穿透並導致電池短路；但後來他們發現並非如此，即使是堅硬的陶瓷，鋰也能穿透。無奈之下，研究人員只好開發軟分離器，但同樣不管用。
最終研究人員拋棄所有文獻。辛格說：「我們必須回到主要原則，就枝晶的形成原因提出自己的理論。我們要開發自己的計量技術，評估技術和材料品質，因為事實已經證明，有東西引起枝晶，但普通的計量技術甚至都無法評估。」
2015年，團隊終於就鋰枝晶給出一套解釋。隨後他們用這套標準測試收集的材料，最終發現有一種材料可以解決枝晶問題，效果還不錯。辛格說：「我本來很憂鬱，但隨後這種情緒開始緩解。」
從開始到成功，團隊整整花了五年，他們所要的不過小小的一片材料。隨後團隊優化材料，試圖讓材料變得更大更好，而且不能有缺陷。每一次增大尺寸都要花費大約6個月至1年，這個階段又耗費了5年時間。到了2019年年底和2020年，團隊進入最後一步，將電池擴大，從30x30公釐變成70x85公釐。
到底QuantumScape發現了什麼？枝晶是什麼引起的？他們沒有說。辛格說：「最終我們會向公眾披露的，現在行業還不知道，要做很多工作、付出很多汗水才能找到原因，如果我們現在就披露，競爭對手進入就會容易很多。所以我們現在要保密。 」
在過去幾十年裡，電池社群一直被枝晶折磨，聽到QuantumScape的宣言許多研究人員無法接受。當我諮詢研究人員，他們經常會反問：QuantumScape是不是發現一種通用鋰枝晶解決方案？還是說這種方案並非通用方案，有侷限性？BloombergNEF能源研究公司能源儲存主管詹姆士·佛斯（James Frith）問道：「它們的解決方案能否應用於其它鋰離子系統？還是說只適用於它自己的系統？就算它們的突破是真的，如果其它人無法從QuantumScape的發現中受益，又怎麼能說是真正的科學突破？」
我問辛格，它們的解決方案是不是通用枝晶解決方案。辛格在郵件中回應稱：「我們的發現適用於固態分離器，而據我們所知，它是唯一能阻止枝晶的方法。」從辛格的話分析，似乎QuantumScape的方法適合於各種固態分離器，競爭對手也能用。如果真是這樣，電池產業就會迎來班尼斯特時刻。現在最重要的問題在於確認，看看突破是不是真的。佛斯說：「要請獨立人士來驗證。只有這樣能確認它是不是真的。」但到目前為止還看不到獨立驗證結果。
傑夫·坂本（Jeff Sakamoto）是密西根大學材料學教授，他的電池研究工作和QuantumScape差不多。傑夫·坂本回應稱，如果QuantumScape關於枝晶的報告是真的，那的確是重大突破。QuantumScape還說：「鋰金屬電池是電池產業的聖杯，這的確是突破。」至於突破是不是技術上的突破，他無法確認。傑夫·坂本仔細查看了QuantumScape的專利文件，他認為該公司可能只是找到了一種巧妙的方法來操縱電池。QuantumScape也許會調節進入電池的電池。傑夫·坂本說：「當電池開始形成枝晶時，他們可以阻止，讓電流逆轉。如果小心控制，就能繞開枝晶問題。」如果QuantumScape在材料科學方面找到突破口，傑夫·坂本會更加高興。
坂本指出：「研究他們的專利文件可以發現，QuantumScape並非在材料方面找到了突破口，也不是開發出魔幻塗層。換言之，在性能方面到底是如何取得進步的，我們找不到明確的證據來解釋。如果他們真的開發出突破性材料或者塗層，卻保密不公開，那會是非常危險的舉動，因為產品的特點會顯露出來。我就會想，它們只是改變了電池循環方法，和電池內的材料無關。」
QuantumScape聲稱自己解決了枝晶問題，而所有這些斷言都與單層電池有關，如果想讓電池商用，層數要增加到100層。許多專家都說，增加層數是很難的事。
我們應該聽聽QuantumScape的競爭對手是怎麼說的，比如Solid Power，它也是美國公司，正在研究固態電池。Solid Power CTO 賈許·布特納-加勒特（Josh Buettner-Garrett）沒有明確提到QuantumScape，他認為，製造單層電池是一回事，製造多層電池並保持同樣的性能又是另一回事；在汽車產業如何以合適的成本大規模生產多層電池是關鍵，而QuantumScape並沒有明確解釋。
阿貢國家實驗室能源儲存協作中心主管文卡特·史里尼瓦桑（Venkat Srinivasan）認為，如何增加層數？如何規模化？這些難題為其它電極（比如矽）留下了機會，它們也可以搶先商業化，QuantumScape的創新的確是一大進步，但從技術角度看是不是真的大飛躍？我們無法確定。文卡特·史里尼瓦桑說：「再過15年，當我們回頭看，可能會發現矽才是改變電動汽車版圖、讓人類全面走向電氣化的關鍵。」
針對這種懷疑，我發了封郵件給辛格。我在郵件中問：「鋰金屬內為什麼會出現枝晶？你們聲稱已經找到了明確原因。我可不可以這樣理解，你們並不是發明一套新理論，而是找到了實際原因，這樣理解正確嗎？第二點，你們的解決方案可以阻止枝晶形成，是這樣嗎？」
辛格在回復中表示：「出於謙虛，我們不會說我們找到了枝晶形成的決定性原因。打個比方，比如牛頓引力定律，我們用它可以預測砲彈路徑、月蝕時間，但我們不會說牛頓定律是引力的決定性理論。最終愛因斯坦提出廣義相對論，它更好一些。也許還有比廣義相對論更好的理論，它可以告訴我們黑洞是怎樣的。」
「我們找到一種理論，它可以解釋枝晶，這種理論和傳統智慧不太一樣，我們可以驗證這一理論，然後開發出固態分離器，它可以在高密度電流下運行，而且循環次數可以超過1000次，這樣說可能更好。在實際汽車中，上面的參數相當重要，從這個角度看，我們的研究很有趣，很關鍵。」
當我們與石油商交流時，會有一種感覺：石油是活的，它在全球流動，讓某些國家變得更富有，讓地球變得更溫暖。與辛格交流，你也會有一種相似的感受：鋰也是活的。它現在沒有爆發只是因為受到一些技術上的壓制。辛格說：「開發金屬電池讓我們謙虛，因為你不確定難題否能突破。」
- 資料來源：If True, QuantumScape Has Made the Biggest Leap in Batteries Since the Debut of Lithium-Ion
- 本文授權轉載自36Kr