2月26日，《自然·納米技術》發佈一項突破性研究：加拿大安大略西部大學與美國馬里蘭大學聯合研發的新型固態電池技術，有望讓電動汽車一次充電續航里程飆升至600英里（965公里），相當於從北京到上海無需中途充電！

這一突破不僅意味着電動汽車的續航里程可能增加兩三倍，更重要的是，它可能終結了困擾電動汽車行業數十年的三大難題：續航焦慮、充電時間過長和安全隱患。

長久以來的電池困境

傳統鋰離子電池雖推動了電動化革命，但其能量有限、充電緩慢且存在安全隱患。開着“電動爹”出去，你得不斷擔憂電量，即使找到充電站，還要面對漫長的等待——這是當前電動汽車用戶的真實寫照。

更令人擔憂的是，鋰離子電池中的液態電解質，在高溫或碰撞條件下可能引發危險。科學家們一直在尋找替代品，固態電池成爲最有希望的方向，但它們長期面臨離子導電性差和使用壽命短兩大問題。

驚人突破：固態革命

美加團隊開發的基於β-Li₃N（氮化鋰）的固態電解質，猶如爲鋰離子鋪設了一條高速公路，大幅提高了離子的移動自由度。這項技術使得電池能量密度可達500 Wh/kg，遠超當前商業鋰離子電池的150-260 Wh/kg。簡單來說，相同重量的電池，能量存儲量翻了兩三倍！

更令人振奮的是，這項技術還解決了固態電池的另一大難題——枝晶形成。當鋰離子反覆在電池正負極之間移動時，會形成微小的"樹枝"狀結構，可能導致電池短路甚至爆炸。新型電解質有效防止了這些危險結構的形成，使電池在高電流密度下也能穩定運行超過4,000次充放電循環。

核心原理：空位輔助超離子擴散

研究人員通過"高能球磨"技術，在β-Li₃N晶體結構中有意引入"空位"——原子層面的空缺。這些微小的空位就像城市交通網絡中的環島，大大提高了鋰離子的流動效率。

實驗數據顯示，該材料在室溫下的離子電導率達到2.14 × 10⁻³ S cm⁻¹，遠超幾乎所有氮化物基固態電解質。同時，材料電子導電率極低（約爲4.5 × 10⁻¹⁰ S cm⁻¹），有效抑制了鋰枝晶生長。

令人振奮的測試結果

使用這種新型固態電解質的鋰金屬對稱電池，展現了令人印象深刻的臨界電流密度——高達45 mA cm⁻²，遠超傳統固態電池。這意味着電池可以在更高功率下運行而不會受到安全隱患的限制。

更重要的是，這種電池在實際測試中展現了驚人的耐久性：

使用LCO正極的電池在1.0 C倍率下循環5,000次後，容量保持率達82.05%；

使用NCM83正極的電池在1.0 C倍率下循環3,500次後，容量保持率達92.5%；

快充能力顯著提升：在5.0 C高倍率下仍保持60.47%的容量；

這意味着電池壽命也遠超現在商業鋰離子電池1000-2000次！

實際應用前景

如果這項技術成功商業化，將可能徹底改變我們的出行方式：

一次充電從北京到上海，無需中途停留；

充電時間從數小時縮短到喫個飯的時間；

電池使用壽命覆蓋整個車輛生命週期；

告別電池安全隱患帶來的擔憂。

尤其值得一提的是，這種材料在乾燥室環境（低於0.3%溼度）中表現出良好的穩定性，非常適合工業生產流程。

當然，任何重大技術突破都面臨從實驗室到市場的漫長道路。研究人員指出，擴大生產規模和降低製造成本是這項技術面臨的主要挑戰。

團隊正與多家汽車製造商和電池公司洽談合作，希望在未來3-5年內將這項技術帶入市場，可能在2030年前看到搭載這種革命性電池的電動汽車上路。

參考文獻：

Li, W., Li, M., Wang, S. et al. Superionic conducting vacancy-rich β-Li3N electrolyte for stable cycling of all-solid-state lithium metal batteries. Nat. Nanotechnol. 20, 265–275 (2025). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01813-z