自從20世紀(jì)中期電腦芯片被發(fā)明以來(lái)，技術(shù)進(jìn)步很快。 讓我們來(lái)談?wù)勀柖伞?每?jī)赡晷酒瑑?nèi)的晶體管數(shù)量增加一倍，其他技術(shù)也在進(jìn)步，終于解決器的性能每18個(gè)月增加一倍。 從摩爾定律定義之日起，至今已經(jīng)過(guò)了40多年，但沒(méi)有被打破。 一代人在電子行業(yè)取得了驚人的進(jìn)步，摩爾定律被很好地解釋了這些進(jìn)步的摩爾定律推動(dòng)，高端智能手機(jī)進(jìn)入億萬(wàn)人的口袋，比幾十年前的好電腦強(qiáng)大了幾千倍。

從裝置中采用的電池來(lái)看，其快速發(fā)展與摩爾定律不完全一致。 1991年索尼首次將鋰電池商業(yè)化，但截至今天這項(xiàng)技術(shù)沒(méi)有明顯改變。 汽車采用的技術(shù)更古老，內(nèi)燃機(jī)的基本設(shè)計(jì)、車用鉛酸電池幾十年來(lái)幾乎沒(méi)有變化。

縱觀設(shè)計(jì)歷史，公司往往沒(méi)有改變的欲望，領(lǐng)域一直運(yùn)行良好，我們對(duì)電池沒(méi)有太多的思考。 回顧2000年，手機(jī)一次可以充電好幾天。 但是，在過(guò)去的十年中，我們進(jìn)入了高端智能手機(jī)時(shí)代，電池的不足開始變得嚴(yán)重。 與9年前喬布斯發(fā)布的iphone相比，蘋果的新手機(jī)強(qiáng)大了16倍，但續(xù)航時(shí)間還很短。

新款舊手機(jī)之所以性能差距如此之大，首先要?dú)w功于工程的進(jìn)步，它是通過(guò)提高解決器的性能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不是一個(gè)原因，而是電池更好。 關(guān)于毫安時(shí)(在一定的放電時(shí)間內(nèi)完全放電產(chǎn)生的電流)，iphone6s比2007年第一代iphone僅提高了22%。

鋰電池的挑戰(zhàn)

鋰電池的設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單。 電池充電后，電子流通過(guò)電路輸送到負(fù)極，電解質(zhì)溶液中的鋰離子(帶電粒子)被吸引。 使用電池時(shí)，離子通過(guò)溶液移動(dòng)到負(fù)極，釋放電流給機(jī)器充電。

這是相當(dāng)基本的化學(xué)過(guò)程，結(jié)果不容易改善。 雖然只能采用幾種元素，但事實(shí)表明鋰是合適的。 要改善電池，必須改變電極和電解質(zhì)的化學(xué)成分，但改善會(huì)逐步進(jìn)行，隨著時(shí)間的推移，改善會(huì)越來(lái)越困難。 盡管富裕的科技企業(yè)不斷向電池投入資本，但每年電池性能只提高了5%。 事實(shí)上，許多電池制造商發(fā)現(xiàn)，增加體積，在更大的空之間容納越來(lái)越多的離子是提高電池性能的好方法。

對(duì)許多人來(lái)說(shuō)，這樣的方法顯然不夠。 高端智能手機(jī)只是日常生活的重要部分，現(xiàn)在已經(jīng)成為我們的基本訴求。 我們用它付錢，用它通信，用它導(dǎo)航。 如果不能使用手機(jī)的話，我們會(huì)很心煩。 這不算什么。 如果電動(dòng)汽車、救命的健康設(shè)備沒(méi)有電，后果會(huì)更嚴(yán)重。 據(jù)預(yù)測(cè)，太陽(yáng)能是未來(lái)的主要能源，如果沒(méi)有太陽(yáng)，電池需要很大的存儲(chǔ)容量。

替代產(chǎn)品

人們?cè)絹?lái)越依賴電池，在訴求的推動(dòng)下，公司投入了大量的時(shí)間和金錢開發(fā)了鋰電池替代產(chǎn)品。

去年，劍橋大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)了鋰空氣( lithium-air )電池，宣布新電池的性能是現(xiàn)有鋰電池的10倍。 新技術(shù)主張直接采用空氣體中的部分氧氣電子而不是電池邊緣存儲(chǔ)的電子，電池性能大幅提高，一次充電就可以讓電動(dòng)汽車從倫敦行駛到愛丁堡。

劍橋的科學(xué)家們把這種鋰空氣體電池稱為電池。 其實(shí)，這個(gè)設(shè)計(jì)是幾十年前出現(xiàn)的，但是以前流傳下來(lái)的過(guò)氧化鋰的設(shè)計(jì)很不穩(wěn)定，被解釋為不支持多次充電。 如果使用新的化學(xué)成分代替氫氧化鋰，功耗的化學(xué)反應(yīng)次數(shù)將減少，電池可以重復(fù)充電2000次以上。

伊利諾伊州阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室( argonnenationallaboratory )的研究人員上周公布了超氧化鋰電池。 新技術(shù)處理了其他鋰空氣體電池的許多主要課題。 新設(shè)計(jì)可能需要幾年才能商用，至少需要10年。

另一個(gè)方案可能同樣行得通。 不是開發(fā)更好的電池，而是尋找更好的方法來(lái)提供能源。 英國(guó)智能能源公司主張，在不久的將來(lái)，電子產(chǎn)品可以采用氫燃料電池。

智能能源公司首席執(zhí)行官Henriwinand表示，使用利用新技術(shù)開發(fā)的樣機(jī)電池，可以連續(xù)使用高端智能手機(jī)一周，讓無(wú)人機(jī)飛行數(shù)小時(shí)而不是30分鐘。 不需要充電。 燃料電池可以在內(nèi)部更換。 企業(yè)與suzuki合作開發(fā)了搭載燃料電池的小型摩托車，并與新興的高端智能手機(jī)制造商開發(fā)了采用燃料電池的產(chǎn)品。 魏南德說(shuō):“今后不需要根據(jù)電量來(lái)安排生活。 他說(shuō)，使用燃料電池的手機(jī)再過(guò)18個(gè)月就會(huì)出現(xiàn)。

對(duì)于依賴電池的客戶和公司來(lái)說(shuō)，這樣的速度還不夠快，燃料電池可能需要好幾年才能成為主流。 而且，一點(diǎn)點(diǎn)的技術(shù)公司還在投資鋰電池技術(shù)，我認(rèn)為短期內(nèi)這是個(gè)好選擇。

放眼世界，許多公司大規(guī)模采用電池。 特斯拉就是其中之一，投資近50億美元在美國(guó)內(nèi)華達(dá)建設(shè)鋰電池工廠。 另一家耗資巨大的電子公司拒絕依賴劃時(shí)代的技術(shù)，而重視無(wú)線充電技術(shù)和快速充電技術(shù)，只需30分鐘或1小時(shí)就能把電池從0充電到60%。

即使是有希望的新電池暫時(shí)也不能代替鋰電池。 新電池還需要多年的測(cè)試，進(jìn)入汽車和手機(jī)需要法律許可。 無(wú)論誰(shuí)在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝，其電池都將成為世界的重大突破之一。