鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:855次 | 2021年11月25日
下一次真正的電池技術(shù)突破 我們要等多少年?
無論智能手機(jī)推出了多少代,我們總會(huì)面對一個(gè)老問題:電池續(xù)航時(shí)間怎么還是這個(gè)老樣子。不管廠商做了多少優(yōu)化,最終也不過是以小時(shí)計(jì)算的差別。為何電池技術(shù)的進(jìn)步總是那么慢,我們其實(shí)以前也談過。突破究竟什么時(shí)候來?現(xiàn)在有些新東西可以說說。
仿佛不可能的夢
即使是公認(rèn)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)頂點(diǎn)的智能手機(jī),我們每年都還可以看到大量技術(shù)和設(shè)計(jì)上的變化,比如今年最成話題的OLED屏幕、大屏占比設(shè)計(jì)等等。當(dāng)然了,無論這些東西怎么變,有一些不變我們好像都已經(jīng)習(xí)慣了,那就是電池技術(shù)。性能不斷增強(qiáng),分辨率不斷提高,拍照越來越好看,但是續(xù)航那是肯定沒有太大突破的。
我們當(dāng)然有辦法提高手機(jī)的續(xù)航時(shí)間,只要把電池做得更大就行了,但這只是最粗暴的辦法,手機(jī)畢竟就那么大。幾乎所有的技術(shù)研究都可以靠砸錢和時(shí)間來解決,電池技術(shù)那么重要,就不值得大廠們投入嗎?
解決方法聽起來簡單,但其實(shí)并非如此。投入大量金錢,雇用最好的科學(xué)家,擁有足夠的耐心,這都不是解決問題的關(guān)鍵。問題在于,打造一個(gè)能量密度更高的電池,涉及到的將是一個(gè)全新的科學(xué)領(lǐng)域。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
對此倫敦帝國理工戴森工程學(xué)院的教授比利˙吳解釋道,摩爾定律簡單來說,就是每隔幾年晶體管都會(huì)變得更小,讓芯片能夠容納更多,從而提高處理能力。電池領(lǐng)域卻不是這樣?!霸谖⑻幚砥黝I(lǐng)域,一切都只為了把東西做得更小。但到了鋰離子電池這邊,假如你想提高能量密度,換句話說就是新增手機(jī)的續(xù)航時(shí)間,那你就必須要從根本上改變電池里的材料。”
這當(dāng)然不會(huì)是“那就換材料唄”那么簡單,因?yàn)閮?nèi)部材料組成的平衡哪怕有一點(diǎn)不對都可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的問題?,F(xiàn)在那么多的事故,都在提醒我們一旦出事會(huì)有多么嚴(yán)重。吳教授表示現(xiàn)有的鎳、鈷、錳組合在未來的幾年內(nèi)可能會(huì)發(fā)生變化。因?yàn)殒嚫钴S,它的比例會(huì)得到提高,從而新增電量。
當(dāng)然了,只是這點(diǎn)變化仍要幾年的測試保證一切穩(wěn)定和安全。據(jù)說假如成功,續(xù)航能有10%至20%的提升。然而人們等了那么多年,等來的提升和時(shí)間似乎并不相符。電池技術(shù)的真正突破,仿佛是人們在追逐一個(gè)不可能的夢。
困難重重
用科學(xué)家的說法,電池技術(shù)可以說是一種“混沌的藝術(shù)”。它之所以發(fā)展得那么慢,很大程度上是因?yàn)閹缀趺恳稽c(diǎn)微小的進(jìn)步或改變,都要經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)和測試,以保證安全和穩(wěn)定。即使是發(fā)現(xiàn)了有關(guān)提升能量密度很有幫助的材料,你都不能保證它真的能用。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
舉個(gè)例子,近來人們發(fā)現(xiàn)比起現(xiàn)在電池里的石墨,硅膠似乎是一種更好的材料。它的能量密度是石墨的十倍,意味著假如現(xiàn)在我們的手機(jī)能撐一天,硅膠電池就能讓手機(jī)頂十天。問題就在于,這樣的電池就變成了一個(gè)很危險(xiǎn)的爆炸物。
為何會(huì)這樣呢?當(dāng)電池充放電的時(shí)候,石墨會(huì)膨脹和收縮大概10%的幅度。我們能對付10%,但硅膠在這上面能達(dá)到300%。不用多想都了解,這種電池該有多么危險(xiǎn)。
也正是因?yàn)檫@樣,電池技術(shù)研究的投入可以說是一個(gè)看不到底的黑洞,因此世界上盡管有著許多科學(xué)家、公司和研究機(jī)構(gòu)在堅(jiān)持不懈地攻關(guān),但看不到前景使得這些努力始終都是各自為戰(zhàn),形成不了一個(gè)業(yè)界范圍內(nèi)的合作。
更重要的是,三星GalaxyNote7這一系列的事件震驚了整個(gè)業(yè)界,這也讓人們在研究時(shí)變得更加小心翼翼,更重視每一步的測試。業(yè)內(nèi)人士透露說此前許多廠商都開始抱有僥幸心理,想要強(qiáng)行推進(jìn)電池能量密度的上升。電池事件是一個(gè)警醒,迫使所有人的節(jié)奏都慢了下來——當(dāng)然了,注意安全肯定是一件好事。
我們能看到進(jìn)步嗎?
那么問題來了:既然突破的進(jìn)度已經(jīng)如此緩慢,我們到底什么時(shí)候才能看到進(jìn)步的到來?有趣的是,答案是很久以后,但好像也不是那么久。
“要開發(fā)一種新的化學(xué)過程大概要10年的時(shí)間,1億英鎊的投入,所以它在經(jīng)濟(jì)規(guī)模上和微處理器領(lǐng)域比不了。”吳教授說。
而且,10年時(shí)間不過是第一階段。接下來還要再花10年,不斷地測試和改進(jìn),讓新技術(shù)足夠安全和穩(wěn)定,否則就不能把它應(yīng)用在商業(yè)化上。最簡單的例子,鋰離子電池的相關(guān)研究成果于1980年首次發(fā)表在牛津大學(xué)。一直到上世紀(jì)九十年代之后,索尼才首次將這個(gè)技術(shù)商業(yè)化。
“我們已經(jīng)有了另一種化學(xué)方法,但它要到來還要一點(diǎn)時(shí)間。人們一直在談?wù)摿蚧腔蚬枘z作為電池的新材料。另外現(xiàn)在有一種被稱為鋰空氣電池的可能會(huì)是最終的解決方法。然而在它盡善盡美之前要一個(gè)甚至兩個(gè)10年以上的時(shí)間?!眳墙淌谡f。
10年甚至20年的時(shí)間對每一個(gè)人來說都久得可怕,但是在聽到了之前那些令人絕望的狀況之后,好像也就沒那么長。更重要的是,廠商們另辟蹊徑,零零碎碎的進(jìn)步和優(yōu)化肯定還會(huì)是有的。
盡管電池技術(shù)短時(shí)間內(nèi)沒法突破,但畢竟其他的技術(shù)不能不進(jìn)步。隨著手機(jī)性能繼續(xù)增強(qiáng),分辨率甚至還要上到4K級(jí)別,這些都對能耗優(yōu)化提出了苛刻的要求。對此,10納米工藝甚至7納米工藝都已經(jīng)上了日程。OLED屏幕可以有效減少能耗。各種軟件層面上的優(yōu)化也都成為了必修課。