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從手機看鋰電池的未來:更輕更小充電速度更快

鉅大LARGE  |  點擊量:881次  |  2018年09月05日  

廣大的智能手機用戶如今早已習慣了每晚睡前給手機充電,否則第二天的使用肯定會受到影響。由于鋰離子電池無法跟上智能手機在屏幕尺寸和性能上的增長,很少有旗艦手機能堅持超過一天的頻繁使用。電池技術(shù)為何會成為智能手機的短板?它在未來又能有多大的進步空間?

在目前智能手機的可充電電池當中,鋰元素是存在于電解液而非陽極當中的,這也就限制了電池的能效和壽命。如果可以研發(fā)出鋰陽極,那我們的電池就能變得更輕、更小、更耐久,充電速度也會更快。

鋰離子電池的陽極目前都是由石墨制成的,科學(xué)家認為,這種材質(zhì)的能力如今已經(jīng)抵達了極限。硅和鋰金屬都是石墨的潛在替代物,還有一些研發(fā)團隊在觀察使用硫磺作為陽極的可能性。

但是,陽極材質(zhì)的更換并沒有看上去那么簡單,有的材質(zhì)存在潛在的危險性,另外一些則只能堅持數(shù)百個充電循環(huán)。事實是,我們今天所使用的鋰離子電池實際就是現(xiàn)代科學(xué)目前的最高水平。

除了手機之外,這個問題同樣也在拖累電動輪船、汽車和飛機的發(fā)展。因為即便體積增大,鋰離子電池也并不十分效率。

至于電池技術(shù)下一步要如何發(fā)展,這個問題目前還難以回答。尖端領(lǐng)域的科學(xué)家正在嘗試當中不斷學(xué)習,這也就是為什么每年都有許多超級電池技術(shù)的來了又去。

簡而言之,電池技術(shù)是一門非常復(fù)雜的學(xué)科,即便匯集了世界上最聰明的頭腦,但它的發(fā)展依然非常緩慢,我們也不會看到憑空出現(xiàn)的開創(chuàng)性電池項目。

在我們看到的許多有關(guān)電池技術(shù)突破的報道和文獻當中,都包含著某種化學(xué)調(diào)整,目的是在更長的時間內(nèi)從相同的電池當中獲取更多的電能。這類小幅度的創(chuàng)新并不會吸引到多么大的關(guān)注,但他們的重要性卻要比什么柔性手機或者智能手表高得多。

Amprius就是一家正在研究這一問題的公司。由于在陽極當中加入了硅,他們所研發(fā)的電池可存儲的電能相比目前的電池提升了50%。

與此同時,加州大學(xué)河濱分校(UCR)的研究者正在使用納米級的創(chuàng)新材料來提升電池的壽命和體積,并縮短其充電時間。UCR在去年曾經(jīng)介紹過一個非常有趣的項目:使用沙子將電池續(xù)航延長2-3倍。但這項技術(shù)目前仍處于初期階段,還有大量的研究需要進行。

Sakti3也是電池研究領(lǐng)域里的一家知名技術(shù)公司。他們在最近因獲得了來自詹姆斯·戴森的投資而名聲大噪,但外界還并不清楚其技術(shù)的具體細節(jié)。有消息稱,Sakti3的技術(shù)會將電池內(nèi)部的某些液態(tài)化學(xué)物質(zhì)替換成固態(tài)的,從而達到能效的大大提升。

尋找平衡

即便科學(xué)家們在電池設(shè)計的某個領(lǐng)域里取得了進步,但這可能會被該技術(shù)的其他層面所限制或否定,這也就是為什么電池技術(shù)的發(fā)展會如此緩慢。在電池技術(shù)本身獲得任何實質(zhì)性發(fā)展之前,我們只能通過提升軟件和硬件節(jié)能性的方式來延長續(xù)航。

不過微軟有另外一種思路。他們的研究團隊將智能手機電池一分為二,并讓其中一塊負責突增的電能消耗,另一塊負責平時的使用。根據(jù)早期測試,這種方式可將續(xù)航能力提升20-50%。

新加坡南陽理工學(xué)院的研究者們也沒有閑著。他們最新研發(fā)的電池使用了二氧化鈦凝膠作為陽極,這種材質(zhì)的變化雖然在提升續(xù)航方面的效果并不明顯,但卻可以大幅加快電池的充電速度,并增加它們可以承受的充電循環(huán)次數(shù)。

在未來至少2年的時間里,我們依然需要每晚對手機進行充電,但世界上有大批的研究者都在想辦法提升電池的性能,并且他們已經(jīng)取得了進步。

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