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锂电池技术能突破吗?锂空气与燃料电池虎视眈眈

导读: 看看设备中使用的电池,它的发展完全和摩尔定律不匹配。1991年索尼率先将锂电池商用,到今天这门技术并没有明显的改变。即使是最有希望的新电池暂时也还不可能取代锂电池,新电池还需要多年的测试,需要法律的许可,然后才能进入到汽车和手机中。不论谁赢得竞争,它的电池都将是本世界最大的突破之一。

  自从20世纪中期计算机芯片发明以来,技术就一直在飞速进步,我们可以用一个故事来讲述:摩尔定律。每2年芯片中的晶体管数量就会翻倍,其它技术也在进步,最终使得处理器的性能每隔18个月翻一倍。从摩尔定律被定义的那天起,到现在已经40多年了,它一直没有被打破。一代人在电子领域创造了惊人的进步,摩尔定律很好地诠释了这些进步;在摩尔定律的推动下,智能手机已经进入到亿万人的口袋,它比几十年前最好的电脑还要强大几千倍。

  再看看设备中使用的电池,它的发展完全和摩尔定律不匹配。1991年索尼率先将锂电池商用,到今天这门技术并没有明显的改变。汽车使用的技术更为古老,内燃发动机的基本设计、车用铅酸电池几十年都很少改变。

  纵观设计的历史,大多时候企业们根本没有改变的欲望,行业一直运行得很好,我们很少去考虑电池。回看2000年时,手机充一次电可以用好几天。然而在过去的10年里,我们已经进入了智能手机时代,电池的不足开始变得严重起来。与9年前乔布斯发布的iPhone相比,苹果最新的手机强大16倍,但它的续航时间仍然不到一天。

锂电池技术能突破吗?锂空气与燃料电池虎视眈眈

  新老手机之所以性能差距如此之大,主要归功于工程进步,它是通过提高处理器效能实现的,而不是因为电池更好。至于毫安时(在一定的放电时间下完全放电产生的电流),iPhone 6s只比2007年第一代iPhone提高了22%。

  锂电池挑战

  设计锂电池很简单。当电池充电时,电子流通过电路传送到负极,吸引电解质溶液中的锂离子(一种可带电粒子)。当我们使用电池时,离子会通过溶液转移到负电极,它会释放电流给设备充电。

  这是相当基本的化学过程,结果就是很难改进。只有几种元素可以使用,而事实证明锂是最适合的。要改进电池,办法就是改变电极和电解质的化学成份,但改进是逐步进行的,而且随着时间的推移改进会越来越难。尽管富有的科技公司不断向电池投入资本,每年电池的性能仍然只能提升5%。事实上,许多电池制造商发现要提升电池效能,最好的办法就是增加体积,让它有更大的空间容纳更多的离子。

  对于许多人来说,这样的办法显然不够好。智能手机最开始只是日常生活的重要部分,现在成了我们的基本需求。我们用它来支付钱款,用它来通信,用它来导航。如果手机不能用,我们会很心烦。这还不算什么,当电动汽车、抢救生命的健康设备没有电时后果更严重。照预测,太阳能将是未来的主要能源,如果没有太阳,就需要电池拥有很大的存储容量才行。

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