锂电池被广泛应用在日常生活的电子产品中。然而在过去的30年，锂电池产业发展迅速，包括锂离子电池和锂金属电池两大领域，以及新的负极材料、更安全的隔膜涂层、更优化的电池工程设计。但在正极、电解液方面的进展却较为缓慢。
最近，一家麻省理工的初创公司正在努力商业化一款新型充电型锂电池，可以将现有锂电池的能量密度提高一倍。
这家公司名为“固态能源系统”（SolidEnergy System）的公司是由麻省理工学院校友、博士后胡启朝于2012年创立的。固态能源系统公司应用多项新材料发展了这种高电量的“无正极”锂金属电池，在电量翻倍的情况下依然与传统锂离子电池保持同等的安全性与持久性，可广泛用于手机、电动汽车、可穿戴设备、无人机和其他电子设备。
固态能源系统公司（Solid Energy System）研发的新型电池有望全面秒杀现有的商用锂离子电池，升了一倍，在安全性和持久性方面也毫不逊色。这种电池采用锂金属薄膜作为阳极，可以有效存储更多离子，并且与传统的金属锂、石墨、碳、硅阳极材料相比厚度大大减小。另外，该电池的新型电解液让电池具备更强的散热性及阻燃特性。
胡启朝是固态能源系统公司的联合创始人兼CEO，他说：“两倍的能量密度意味着我们可以将现有电池的尺寸减半，同时保证供电时间不变。或者，如果我们保持电池尺寸不变，那么供电时间将变为之前的两倍。”
这种新型电池放弃了传统材料石墨作为电池正极，转而采用一种高能量密度的锂金属薄膜。该薄膜可以汇集更多离子，因此提高了电池蓄电量。
另外，对于传统锂电池寿命短、容易报废的缺点，固态能源系统公司对电池电解液进行了化学修饰，使得这种新型电池更加稳定安全，并且可充电、可多次循环利用。值得一提的是，这种新型电池完全兼容现有的锂离子电池生产设备，因此可以批量生产。
2015年10月1日，固态能源展示了全球首款双倍电量的可充电式手机用锂金属电池原型，并成功获得超过1200万美元的投资。iPhone 6手机的锂离子电池电量为1800毫安时，而这款新型电池体积缩小了一半，却可提供高达2000毫安时的电量。
固态能源公司开发的电池与iPhone 6电池对比。
固态能源计划于2017年将这款电池应用到智能手机和可穿戴设备上，并于2018年应用在电动车领域。不过，其实第一款应用将是在今年11月推出的无人机。
胡启朝提到，无人机是一个非常令人兴奋的新领域，很多公司设想利用无人机和热气球给那些欠发达地区提供无线网络信号。
此外，他还提到这种新型电池在电动汽车上的成功应用将会带来巨大的社会效应。 “目前电动车的标准为充一次电可以行驶至少200英里（约322公里）。用这种新型电池，我们可以在相同距离要求下将电池尺寸和重量缩小一半；或者如果保持电池尺寸不变，电动车的单次续航能力将达到400英里（约644公里）。”
目前量产电动车的续航里程最高约能达到300英里（约483公里），比如特斯拉ModelS，但消费者也要因此付出十万美元左右的高昂代价。由于在电池领域并没有出现关键性技术突破，增加电动车的续航里程只能靠“堆电池”这种简单暴力的方式来实现。
特斯拉公司创始人伊隆·马斯克在今年6月曾表示，目前特斯拉有并非没有能力制造续航里程400英里（约644公里）的电动车，但成本会很高。除了要把前后备箱都塞满电池外，可能还得压缩驾驶室空间。所以，考虑到可能的技术进步，特斯拉将推出续航500英里（约805公里）电动车的时间点定在了2025年。
但如果将目前电池的能量密度提升一倍，则意味着在不改变汽车外形、不增加负荷、不牺牲舒适度的情况下，将续航里程翻倍。而本文讲述的这家公司，计划在2018年实现这一目标，这比特斯拉的技术路线图足足提前了7年！
挑战电池产业“禁地”
多年来研究人员一直试图研发可充电锂金属电池，因为于锂离子电池相比，它有更高的能量密度。然而一直以来却没有结果。因此，这一领域仿佛成了锂电池发展的一块“禁地”。
电解液是电池的重要组成部分，它是电池正负极间离子移动的通道。然而，锂金属与电解液的反应却带来了一系列的麻烦。它们反应生成的化合物会增加电池电阻，从而减少电池循环次数。另外，这种反应还会在阳极生成锂金属凸块，也就是所谓的“树状晶体”。这些树状晶体会导致短路而产生高温，进而点燃电解液，使电池失去充电性能。
目前，提高电池安全性的方法往往要牺牲电池的性能。例如，将液态电解液换成导电性能较差、且必须加热到一定温度才能工作的固态聚合物电解质；或者用无机电解质替代液态电解质。但是，无机电解质电池目前很难量产。
胡启朝曾是麻省理工学院教授唐纳德·萨多维（Donald Sadoway）研究室的博士后。唐纳德教授是电池领域的著名科学家，成功开发了多种熔盐电池和液态金属电池。胡启朝在博士后期间，在电池设计和电池材料方面取得多项突破，这些都为固态能源系统公司日后d的发展奠定了技术基础。
其中，一大创新就是用锂金属薄膜作为电池正极，其厚度仅仅是传统锂电池正极材料的五分之一，重量也比传统的石墨、碳、硅等材料轻了数倍。这两点使这种新型电池的体积缩小了一半。
但这一技术也有一个很大的缺陷：电池必须在80摄氏度以上才能工作。胡启朝承认，如果不能将电池工作温度降到室温，则这种新型电池的商业应用将受到极大限制。
针对这一问题，胡启朝提出了“固液混合电解质”的解决方案。他首先在锂金属薄膜上覆盖了一层固态电解质薄层，使其不需要加热便可以工作。其次，他配制了一种准离子态的阻燃液体电解质，通过添加化学物质和优化电池设计，使得这种电解质不易与锂金属发生反应。
最终的实验成果便是这款能量密度高于传统锂离子电池，同时兼具安全性和持续性的锂金属电池，并且可以在室温下工作。胡启朝表示，固态覆盖层、高性能离子液态材料共同构成了固态能源系统公司的科技基石。
电池产业寒冬来临，固态能源系统公司因祸得福
在商业方面，胡启朝经常会去麻省理工马丁创业中心（Martin Trust Center for MIT Entrepreneurship）倾听来自投资者和导师们的建议。他也参与了名为“15.366能源创投”的项目，在那里组建了自己的团队来发展针对这种新型电池的商业计划。
他们的商业计划在“麻省理工十万美元创业大奖赛”（MIT$100K Entrepreneurship Competition’s Accelerator Contest）中赢的第一名，进入了“麻省理工清洁能源奖”的决赛名单。之后，他们在于白宫举行的“全国清洁能源奖”（Clean Energy Prize competition）的角逐中获得第二名。
2012年底，利用手头现有资金，胡启朝开始筹建固态能源系统公司。这时另外一家著名的麻省理工创业公司 “A123系统公司”濒临倒闭。此时大家对电池企业的发展持普遍的悲观情绪。胡启朝坦言：“我不是认为企业前景黯淡，而是觉得公司压根就开不起来”。
胡启朝当时来到破产保护中的A123公司，结果发现那里有很多没事干的员工和没人用的设备。“我向他们介绍了我的新技术和想法，他们非常感兴趣，愿意帮助我，这至少比坐在办公室里看报纸有趣得多。”员工们教胡启朝使用设备，用他带去的新材料做电池样品。
然而，谁知道这却成了胡启朝因祸得福的转折点。通过麻省理工的一些关系，他的公司获准使用A123的闲置设备来生产样品，包括超净室、干燥间和一些制造设备。
2012年12月，A123被中国万向集团以2.6亿美元收购，振动业界。然而，固态能源系统公司还是通过续签合作协议的方式，得以继续使用A123的设备。
一年多后，成果初现。2014年10月，公司对外宣布电池样品达到1337 Wh/L电芯能量密度，在电池行业，这是世界最高的能量密度。
胡启朝说：“电池公司往往着眼于新技术、新材料，需要开发配套的新工艺流程和相应的制造设备，导致计划不切实际，难以量产。但是，固态能源系统公司除了现有A123制造生产线外一无所有，我们不得不从一开始就考虑如何用现有的资源开发一款切实可行的电池。也正因为如此，我们真正理解了不同材料在不同工艺中的作用，然后基于对电池材料的深刻理解反过头来进行新材料的创新。”
在使用A123设备三年之后，固态能源系统公司本个月将把总部搬到沃本（Woburn）。胡启朝说：“全新的工厂拥有最先进的生产设备，面积是原来A123的10倍，可以妥妥的放进去波音747。我们希望借此来加快产品生产速度，为11月的产品发布做好准备！”