“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，”致力于让交通远离化石燃料的非营利组织电气化联盟(Electrification Coalition)的执行董事本·普罗查兹卡(Ben Prochazka)说。很快，我们可能就再也找不到某些矿物了:比如，中国威胁要把石墨留给自己巨大的电池工业;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。

正在寻找新的电池技术

随着各州和联邦政府的规定和激励措施促使汽车公司在其车队中优先考虑电池动力汽车，而不稳定的汽油价格促使更多消费者转向零排放交通工具，汽车制造商和电池公司正争相这样做。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——这意味着最重要的是更长的行驶里程——并使该行业摆脱美国政府所谓的“外国关注实体”。

用国产矿物代替所谓冲突矿物的电池已经从研发阶段发展到测试阶段;一种能减少钴含量、减少镍、锰和铝含量的电池已经投入商业生产;有几家公司正在研究固态电池，这种电池不使用潜在的易燃液体，而且在美国建立专门用于电池制造的超级工厂的计划比比皆是。

两项新的联邦法律——2022年《通货膨胀降低法案》(IRA)和2021年《基础设施投资和就业法案》的通过，预计将推动该行业向前发展。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，爱尔兰共和军将税收抵免与关键矿产采购和电池制造的某些要求挂钩。到2029年，只有80%的矿物来自美国或其盟国，100%的北美制造或组装的电动汽车才能实现这一目标有资格为了全部的功劳。

综合来看，这些法案将改变电动汽车电池行业，推动创新，就像2010年代的《美国复苏与再投资法案》(American Recovery and Reinvestment Act)一样，当时特斯拉获得了4.65亿美元的联邦贷款，完成了现代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“让我们制造更少使用钴的电池，或者不使用钴。或者让我们制造更少镍的电池。”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公司宣布，到2025年，该公司将开始使用在内华达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·马腾(Michael Maten)表示，无论国会是否采取行动，变化都会到来。2021年，当通用汽车首席执行官玛丽·巴拉承诺到2035年实现100%电动化时，马腾说:“我们说的第一件事是，‘哦，天啊，我们需要很多电池。’”这导致他们认真审视供应链，并“在陆上或近岸供应链上共同努力，以确保其可持续发展。”现在，他说，“几乎每个月我们都会换一个合作伙伴来确保”关键矿产的安全。

失败不是一个选项，Maten说。“我们正在将一个基于内燃机的100年历史的业务转变为全电动业务。我们希望确保我们能再生存100年。”

实验室进展

在视频通话中，Lyten公司的分析总监乔治·利德尔(George Liddle)举起了一张边缘朝外的纸。Lyten公司位于圣何塞，专门生产电池复合材料。“这是二维石墨烯，”他说，其结构类似于平铺的足球网，“只是纳米形式。”然后利多把纸揉成一个球。“如果你这样做，你最终会得到3D石墨烯，它的电性和化学活性是平面版本的1000倍”。

Lyten最初是从油田中收集废弃甲烷，将其转化为惰性碳并将其封存在地下深处的商业努力。Liddle告诉我:“事实证明，经济学根本不适用。当该公司的一名研究人员发现，从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时，该公司就转向了电池。

“硫的潜在储能大约是镍、锰或钴的四倍，”Liddle说，“而且它真的非常便宜——它是石化业务的副产品。”石油钻工们是按吨送的。还没有人将锂硫电池用于商业用途(尽管有些人已经做到了)试着)说明做这件事有多难。当电池内的电池充放电时，锂与硫结合，以锂离子的形式释放出来。在每一个循环中，化合物都要经历一系列复杂的化学转化，直到锂和硫都不再以可用的形式存在。“电池循环大约100次，然后就没电了，”利德尔解释说，“因为它基本上是在自我中毒。”

现在，Liddle模仿着把一种物质——硫——插入成团的纸的空隙中，这是石墨烯的替身。“事实证明，如果你把硫深入到石墨烯的纳米裂缝中，它会迫使锂-硫转化为锂而且硫磺，”他说。石墨烯将这两种化学物质分开，因此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在电解质周围，将离子从一边传递到另一边。电解液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成分，但结构略有不同。“你可以把我们的电池想象成法国蘸酱，”利德尔说。“电解质会渗透到整个容器中。”

相比之下，固态电池完全不使用电解液，取而代之的是具有相同功能但没有有机溶剂易燃风险的聚合物或陶瓷。汽油动力汽车比配备锂离子电池的电动汽车更容易着火，也更频繁。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。在飓风伊恩(Ian)的风暴潮过后，佛罗里达州的消防员在被海水浸泡的特斯拉(tesla)汽车起火后了解到，扑灭化学火灾需要大量的水——是扑灭汽油车火灾所需水的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已经与电池制造商合作，探索固态电池技术。Factorial Energy公司即将在马萨诸塞州的Methuen开设一家新工厂。该公司预计将在2028年至2030年之间的某个时候推出固态电动汽车电池。

国家可再生能源实验室首席储能工程师艾哈迈德·佩萨兰解释说，大多数电池使用液体电解质是有原因的。流体可以流入每一个空隙，以保持阳极和阴极之间的接触。然而，为了让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。这种材料还需要承受压力而不开裂——这对于用于某些固态应用的脆性陶瓷来说是一个很高的要求。

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。硅的能量密度可能是石墨的两倍，石墨通常用于锂离子电池，而且硅的应用更广泛。(硅的原料是沙子。)硅阳极电池可能是可用在短短几年内．主要的挑战是硅在充放电时的膨胀趋势。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:“如果电池容量达到最大，其体积几乎会变化300%，这给整个结构带来了很大的机械压力，”这使得电池不太可能在商用车的必要充放电循环中存活下来。“我们正在设计解决方案来减少这种压力和紧张，”他说。

通用汽车的Maten说，一个比争论尖端技术更好的主意是，简单地看看哪些材料能以最低的成本储存最多的能量，而且不需要为了镍而拆除印尼沿海村庄，也不需要依赖威权政权。锂离子电池的价格是不稳定的，但目前它们的价格在左右每千瓦时150美元．要想与汽油动力发动机的成本持平，这一价格必须至少降至每千瓦时100美元，尽管一些汽车制造商正瞄准每千瓦时60美元。有很多方法可以达到这个目标，但没有人知道什么时候会实现。“所有这一切在很大程度上仍处于实验室环境中，”Maten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，使其在续航里程和加速方面超过驾驶者的预期，而成本将使电动还是汽油动力的争论变得毫无意义。他说:“在某一时刻，我们将达到一个交叉点，即纯电动汽车比传统汽车更便宜。”他不太关心我们是如何实现的——固态电池、硅电池或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”。

更多联邦资金可用

今年10月，美国能源部宣布向20家不同的公司提供28亿美元的赠款，以加强美国关键矿产的生产和加工。另一轮针对特定企业的资金将于明年1月宣布。能源部贷款项目办公室主任吉格·沙阿在一段针对研究人员和制造商的视频中说，IRA为该机构的贷款授权增加了400亿美元，以支持先进汽车制造计划。他说:“这个计划的目标是，在我们这个国家脱碳的过程中，为汽车行业建立陆上和陆上的供应链。”12月12日，能源部授予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电动汽车供应链并不能使其可持续发展，至少在生态和公共健康方面是如此。从技术上讲，智利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%的镍储量位于印第安人社区35英里以内，89%的铜储量也是如此。

即使在南加州的帝王谷，从已经被注入11个地热发电厂的卤水中提取锂，已经被宣布为一个苦苦挣扎的农业社区的潜在经济福利，环境正义倡导者担心潜在的负面影响。帝王谷有17.9万人口，85%以上是拉丁裔，长期以来一直受到来自农田的农药飘散和来自垂死的索尔顿海的空气微粒的健康影响。锂矿开采对公众健康的影响还有待研究。

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，该委员会已投资1650万美元用于开发这种资源。这意味着无论如何，锂的生产都可能会继续下去。正如埃隆·马斯克(Elon Musk)喜欢说的那样，锂确实是一种新的石油。

不管有什么缺点，锂的获取——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:“我们每年继续向与我们理念不同的国家出口数十亿美元。”电池技术可能在所有意义上都不是良性的，但“我们对如何产生电子有更大的控制权”，而不是我们对从哪里获得石油的控制权。“交通的未来，”他说，“是电气化。这场争论已经结束了。”

朱迪思·刘易斯·默尼特在加利福尼亚州洛杉矶撰写有关能源、环境和社会正义的文章。