“我们不一定有能力获得一些矿物，除非我们去那些被定义为不可接受的地方，”本·普罗查兹卡(Ben Prochazka)说，他是电气化联盟(Electrification Coalition)的执行董事，该联盟是一家致力于使运输摆脱化石燃料的非营利组织。很快，我们可能根本无法获得某些矿物:例如，中国威胁要为其庞大的电池工业保留石墨;市场分析人士预测，到2030年，全球对锂的需求将超过供应。“我们必须找到一种不同的制造电池的方法，”普罗查兹卡说。

寻找新的电池技术正在进行中

随着州和联邦政府的指令和激励措施推动汽车公司在其车队中优先考虑电池驱动的汽车，以及波动的汽油价格促使更多消费者转向零排放交通，汽车制造商和电池公司正急于做到这一点。他们正在努力开发不同的方法来制造电池，同时降低成本，提高能量密度——这意味着更长的行驶里程——并使该行业摆脱美国政府所谓的“外国实体的关注”。

用国内矿物替代所谓冲突矿物的电池已经从研发阶段进入测试阶段;一种减少钴、减少镍、锰和铝的电池已经投入商业生产;有几家公司正在研究固态电池，这种电池不使用可能易燃的液体，而且在美国建立专门用于电池制造的超级工厂的计划也很多。

两项新的联邦法律——《2022年通货膨胀减少法案》(IRA)和《2021年基础设施投资和就业法案》的通过，预计将推动该行业的发展。自2009年底以来，美国向大多数新电动汽车的购买者提供了7,500美元的税收抵免;但从2023年开始，IRA将税收抵免与关键矿物采购和电池制造的某些要求联系起来。到2029年，只有80%的矿物来自美国或其盟国，100%的零部件来自北美制造或组装的电动汽车才能实现这一目标有资格完整的学分。

总的来说，这些法案将改变电动汽车电池行业，推动创新，就像2010年代《美国复苏与再投资法案》(American Recovery and Reinvestment Act)所做的那样，当时特斯拉获得了4.65亿美元的联邦贷款，用于完成现代S轿车的开发，并在加州弗里蒙特开设了工厂。普罗查兹卡说，如果钴和镍很难获得，那么“让我们制造使用更少钴的电池，或者不使用钴。”或者让我们制造使用更少镍的电池。”普罗查兹卡补充说，电池制造商使用的几乎所有矿物都是中国提炼的，“所以现在我们将在美国拥有加工设施。”上个月，总部位于内华达州的松下能源宣布，到2025年，它将开始用该州回收的镍生产电动汽车电池。

通用汽车电动汽车和能源政策高级策略师迈克尔•马滕(Michael Maten)表示，无论国会是否采取行动，这种变化都将到来。2021年，当通用汽车首席执行官玛丽•巴拉承诺到2035年实现100%电动汽车时，马滕表示:“我们说的第一件事是，‘天哪，我们将需要大量电池。’”这导致了对供应链的认真审视，并“对岸上或近岸供应链做出协调一致的努力，以确保其可持续发展。”现在，他说，“几乎每个月我们都会安排另一个合作伙伴来确保”关键矿产的安全。

Maten说，失败不是一种选择。“我们正在将一个基于内燃机的百年企业转型为全电动汽车企业。我们想确保我们能再活100年。”

实验室的进展

在一次视频通话中，位于圣何塞的专门制造电池复合材料的公司Lyten的分析主管乔治·里德尔(George Liddle)拿着一张边缘朝外的纸。“这是二维石墨烯，”他说，其结构类似于平放的足球网，“只是纳米形式。”然后里德尔把纸揉成一团。“如果你这样做，你最终会得到3D石墨烯，它在电和化学上的反应性是平面石墨烯的1000倍。”

Lyten最初是一家商业公司，从油田收集废弃的甲烷，将其转化为惰性碳，并将其封存在地下深处。利德尔告诉我:“事实证明，经济学对这一点根本不起作用。”当该公司的一名研究人员发现，从这种碳中提取的石墨烯可以在一种新型电池中用作锂和硫之间的缓冲液时，该公司转向了电池。

“硫的潜在能量储存能力大约是镍、锰或钴的四倍，”利德尔说，“而且它真的非常便宜——它是石化作业的副产品。”石油钻探商按吨赠送石油。还没有人制造出商业用途的锂硫电池(尽管有些人已经做到了)试着)说明做这件事有多难。当电池内的电池充电和放电时，锂与硫结合并以锂离子的形式释放出来。在每一次循环中，这种化合物都要经历一系列复杂的化学转化，直到锂和硫都不能保持可用的形式。“电池循环大约100次，然后就没电了，”利德尔解释说，“因为它基本上是自己中毒了。”

现在，利德尔模仿将一种物质——硫——插入到揉成一团的纸的空隙中，这是石墨烯的替代品。“事实证明，如果你把硫深深地嵌入石墨烯的纳米裂缝中，它就会迫使锂-硫转化为锂和硫，”他说。石墨烯将这两种化学物质分开，所以硫原子和锂离子不会破坏电池。

电池可以被认为是一个三明治:一个带正电的阴极和一个带负电的阳极，围绕着电解质将离子从一边传递到另一边。电解质几乎总是一种粘性有机溶剂。Lyten电池中的电池具有所有这些组件，但结构略有不同。“你可以把我们的电池想象成法式蘸料，”利德尔说。“电解质渗透到整个东西里。”

相比之下，固态电池根本不使用电解质，而是用聚合物或陶瓷代替，它们具有相同的功能，但没有有机溶剂的易燃风险。汽油驱动的汽车比配备锂离子电池的电动汽车更容易着火，也更容易着火。但是锂离子电池特别容易受到一种被称为“热失控”的现象的影响，即燃烧的电池释放热量的速度不能快于产生热量的速度。飓风伊恩带来的风暴潮过后，一辆浸泡在盐水中的特斯拉汽车起火，佛罗里达的消防员从中了解到，扑灭一场化学火灾需要大量的水——扑灭一辆汽油车的火需要的水是它的40倍。

包括福特(Ford)和梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)在内的几家汽车制造商都与电池制造商建立了合作关系，以探索固态电池技术。Factorial Energy即将在马萨诸塞州梅休恩(Methuen)开设一家新工厂。该公司预计在2028年至2030年之间推出固态电动汽车电池。

国家可再生能源实验室的首席储能工程师Ahmad Pesaran解释说，大多数电池使用液体电解质是有充分理由的。流体可以流入每一个空的空间，以保持阳极和阴极之间的接触。然而，要使固体电解质发挥作用，“你必须有非常好的表面，可以融合在一起，”Pesaran说。这些材料还需要承受压力而不破裂——对于一些固态应用中使用的脆性陶瓷来说，这是一个很高的要求。

事实上，一些专家说，电池研究人员更有可能成功地将硅阳极商业化，而不是完善固态技术。硅的潜在能量密度是石墨的两倍，石墨通常用于锂离子电池，而且它的应用范围更广。(硅的原料是沙子。)而硅阳极电池则可以可用在短短几年内．主要的挑战是硅在充电和放电时会膨胀。美国能源部(U.S. Department of Energy)技术开发经理布莱恩•坎宁安(Brian Cunningham)表示:“如果达到最大容量，电池的体积会变化近300%，这会给整个结构带来很大的机械压力。”这样一来，这种电池就不太可能在商用车必不可少的充放电循环中存活下来。“我们正在设计解决方案来减少压力和紧张，”他说。

通用汽车的Maten说，一个比争论尖端技术更好的办法是，简单地看看哪种材料能以最低的成本储存最多的能量，而且不需要摧毁印尼沿海村庄的镍，也不需要依赖威权政权。锂离子电池的价格不稳定，但目前的价格在附近每千瓦时150美元．为了与汽油动力发动机的成本持平，该价格必须降至每千瓦时至少100美元，尽管一些汽车制造商正瞄准每千瓦时60美元的价格。有很多方法可以到达那里，但没有人知道什么时候会发生。“所有这些都还停留在实验室阶段，”马滕说。

美国能源部的坎宁安说，在现实世界中，购买汽车的人将是电池技术成功与否的最终仲裁者。重要的是制造出一种电池，这种电池在续航里程和加速性能上都要超过驾驶者的预期，而成本则会让电动汽车和燃油汽车之间的争论变得毫无意义。他说:“在某种程度上，我们将达到一个交叉点，即电池电动汽车比传统汽车更便宜。”他不太关心我们如何实现这一目标——固态电池、硅电池，还是其他创新的电池设计。他指出，美国能源部是“化学不可知论者”。

更多联邦基金可用

今年10月，美国能源部宣布向20家致力于促进美国关键矿物生产和加工的不同公司提供28亿美元的资助。另一轮针对具体企业的资助将于明年1月宣布。美国能源部贷款项目办公室主任吉格尔·沙阿(Jigar Shah)在一段针对研究人员和制造商的视频中说，IRA为该机构的贷款权限增加了400亿美元，以支持“先进车辆制造计划”。他说:“这个项目的目标是在我们国家脱碳的过程中，真正实现汽车行业供应链的在岸和回流。”12月12日，美国能源部裁定25亿美元贷款通用汽车和LG能源解决方案的合资企业Ultium Cells将在美国的三个工厂生产低钴电池。

值得注意的是，仅仅在美国及其盟国建立一个电动汽车供应链并不能使其可持续发展，至少从生态和公共卫生的角度来看是这样。智利严格来说是一个对美国友好的国家，但在阿塔卡马沙漠开采锂矿威胁到地下水以及当地社区和野生动物赖以生存的泻湖。美国97%的镍储量和89%的铜储量都位于距离印第安人社区35英里的范围内。

即使在南加州的帝王谷，从盐水中提取锂——已经被泵入11个地热发电厂——被誉为对苦苦挣扎的农业社区的潜在经济福利，环境正义倡导者也担心潜在的负面影响。帝王谷有17.9万人口，其中85%以上是拉丁裔，长期以来一直受到农田农药漂移和索尔顿海空气中颗粒物的影响。锂矿开采对公众健康的影响尚待探讨。

加州能源委员会(California Energy Commission)估计，帝国谷项目的“锂谷”(Lithium Valley)可以满足全球40%的锂需求，该委员会已经在开发该资源方面投资了1650万美元。这意味着锂的生产无论如何都可能继续下去。正如埃隆·马斯克(Elon Musk)喜欢说的那样，锂确实是新的石油。

不管有什么缺点，对锂的收购——无论它在哪里被发现——可能都不会放缓。电气化联盟的普罗查兹卡说，我们对汽油和柴油发动机的依赖不仅会损害气候和我们的肺部，还会对国家安全构成重大威胁。他指出:“我们每年继续向那些不认同我们理想的国家出口数十亿美元。”电池技术在任何意义上可能都不是良性的，但“我们对如何产生电子的控制要比我们对从哪里获得石油的控制要大得多”。“交通的未来，”他说，“是电气化。这场辩论结束了。”

朱迪思·刘易斯·梅尼特在加州洛杉矶撰写有关能源、环境和社会正义的文章。