【導(dǎo)讀】人們不禁在想：當(dāng)下的智能手機(jī)能完成叫車、上網(wǎng)買吃的、視頻電話以及計(jì)步等諸多功能，但為何解決不了電池續(xù)航時(shí)間較短的問(wèn)題？我們?cè)诟懈胚@些設(shè)備高度智能化之余，也為其續(xù)航能力深感苦惱。為何就沒(méi)有人研發(fā)出一款性能更好的手機(jī)電池？
美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室能量存儲(chǔ)和分布式資源部門負(fù)責(zé)人溫卡特•斯里尼瓦桑（Venkat Srinivasan）表示：“要擁有續(xù)航能力達(dá)到一周或更長(zhǎng)時(shí)間的電池，你就必須尋找能量密度更大的電池，這也是目前探索的關(guān)鍵所在。”能量密度指的就是存儲(chǔ)在一塊電池中的能量數(shù)量。為了使得智能手機(jī)和平板電腦中的電池續(xù)航能力提高到一周的水平，研究人員就必須在未來(lái)兩年中將能量密度提高一倍。
近來(lái)針對(duì)手機(jī)電池的研究使得能量密度能夠每年提高5%至6%，換算下來(lái)就是將這些電子設(shè)備的續(xù)航能力延長(zhǎng)數(shù)小時(shí)。斯里尼瓦桑表示：“我并不認(rèn)為有一種新技術(shù)明天就會(huì)出現(xiàn)，能將電池能量密度提高一倍。如果這項(xiàng)技術(shù)誕生的話，將把我們帶入一個(gè)全新的階段。”
電池領(lǐng)域的突破性發(fā)展相對(duì)而言較為少見，最近的一次出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代，當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了可以多次充電的鋰電池產(chǎn)品。SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室（SLAC National Accelerator Laboratory）材料科學(xué)家邁克爾•托尼（Michael Toney）指出：“電池是非常復(fù)雜的研究對(duì)象，其復(fù)雜程度使得難以實(shí)現(xiàn)某種可持續(xù)的性能提升。”不過(guò)，托尼認(rèn)為在未來(lái)五年時(shí)間里將iPhone續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng)一倍在理論上也并不是完全不可行的，但是要到達(dá)那個(gè)水平必須有一個(gè)飛躍式的發(fā)展。托尼目前參與了一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)的研究。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)電池充電和放電進(jìn)行觀察，以便更好地預(yù)測(cè)電池的續(xù)航時(shí)間，并進(jìn)一步尋找可能提升電池性能的技術(shù)。
除了提升電池兩次充電間隔的時(shí)長(zhǎng)外，電池的使用周期也是需要考慮的一個(gè)因素。一些電池在充電數(shù)百次后，其容量水平往往不及其原始水平。當(dāng)一款電池充好電時(shí)其容量只有原始水平的80%時(shí)，我們就可以判斷這款電池的使用周期到頭了。
據(jù)蘋果公司稱，iPhone在充電500次后，其電池就只剩下80%的容量了， MacBook和iPad相對(duì)較強(qiáng)，可以反復(fù)充電1000次左右。針對(duì)未來(lái)電池的提升不僅要優(yōu)化電池內(nèi)的能量存儲(chǔ)，針對(duì)其便攜性、重量以及大小也有要求。為了找到一款更強(qiáng)悍、但體積又較小的電池，我們可以嘗試尋找一種可以容納更多離子的新物質(zhì)。
我們目前手機(jī)和筆記本電腦使用的大多是鋰離子電池，通常人們稱其為鋰電池，它主要依靠鋰離子在陽(yáng)極和陰極之間移動(dòng)來(lái)工作。此前有研究稱，可以用硅替代石墨作為可充電鋰離子電池內(nèi)的陽(yáng)極，借此可研制出持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)且性能更強(qiáng)的電池。斯里尼瓦桑表示：“我們不會(huì)一下子把硅大量放入電池中，并希望其有效果，這樣的方式行不通。于是，我們只能將硅一點(diǎn)點(diǎn)加入到現(xiàn)有的電池產(chǎn)品中。”這一方法背后的邏輯是，一點(diǎn)點(diǎn)使用硅提升電池的能量密度，直到硅較石墨達(dá)到了一個(gè)顯著相對(duì)多數(shù)的比例。
陰極方面，硫磺最有可能取代目前電池中所使用的金屬氧化物，例如氧化鈷。另?yè)?jù)斯里尼瓦桑所言，另一個(gè)方面的改進(jìn)則是使用鎂替代目前的鋰。根據(jù)最新的研究，鎂的充電速度是鋰的兩倍，其充電次數(shù)也是后者的兩倍。此外，另一種可能取代鋰的金屬是鋁，其充電次數(shù)是鋰電子的三倍。不過(guò)，這些材料目前仍處于實(shí)驗(yàn)室的探索階段，在引入市場(chǎng)被廣泛使用之前還需要相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。
研究人員還在探索通過(guò)簡(jiǎn)化不存儲(chǔ)能量的零配件以提升電池性能，通過(guò)減少零配件使得有用部門的部件做得更大，提升能量密度，但也使得消費(fèi)者充一次電能使用得更久。很多國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室以及研究機(jī)構(gòu)在研究突破性電池技術(shù)方面得到了資金支持，但這些資金的大部分用于支持電動(dòng)汽車的研究，而非移動(dòng)設(shè)備。
不過(guò)，由于在研發(fā)電動(dòng)汽車的過(guò)程中，電池的能量密度、使用周期以及安全性都是非常重要的部分，因此一些技術(shù)可能也被移植到移動(dòng)設(shè)備上。不過(guò)在技術(shù)移植上還有一筆復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)賬。對(duì)于移動(dòng)設(shè)備，電池的成本通常較低，而對(duì)于一輛電動(dòng)車而言，電池占據(jù)很大一部分成本。此外，廣泛用在手機(jī)電池中的氧化鈷要是用在汽車電池中，那成本就太高了。
再者，不含有任何液態(tài)零部件的固態(tài)電池以后可能是電動(dòng)汽車的主力配置。不過(guò)，據(jù)加拿大滑鐵盧大學(xué)的化學(xué)家琳達(dá)•納扎爾（Linda Nazar）表示，這種技術(shù)對(duì)于移動(dòng)設(shè)備而言目前還沒(méi)有步入研發(fā)階段，這其中有經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題，牽涉到研究經(jīng)費(fèi)，但也有安全方面的考慮。
納扎爾說(shuō)：“當(dāng)你把這么多能量裝入一個(gè)小口袋中，安全問(wèn)題就不得不考慮。” 納扎爾同時(shí)也指出，固態(tài)電池的最新研究成果尚無(wú)法應(yīng)用到移動(dòng)電池上。不過(guò)，近年來(lái)，移動(dòng)設(shè)備電池的性能也有所提升，在筆記本電腦上配備高性能電池能使用戶有機(jī)會(huì)完成更多的工作。
事實(shí)上，研究人員確實(shí)在移動(dòng)設(shè)備電池研發(fā)方面取得了進(jìn)展，只是速度太慢，幾乎不被人察覺。納扎爾說(shuō)：“與兩年前相比，現(xiàn)在大家關(guān)注的是更加快速的處理器以及更加明亮的顯示屏。對(duì)于移動(dòng)設(shè)備而言，電池性能肯定有提升，可能只是人們沒(méi)有發(fā)覺罷了。”
