自從20世紀(jì)中期計算機芯片發(fā)明以來，技術(shù)就一直在飛速進(jìn)步，我們可以用一個故事來講述：摩爾定律。每2年芯片中的晶體管數(shù)量就會翻倍，其它技術(shù)也在進(jìn)步，最終使得處理器的性能每隔18個月翻一倍。從摩爾定律被定義的那天起，到現(xiàn)在已經(jīng)40多年了，它一直沒有被打破。一代人在電子領(lǐng)域創(chuàng)造了驚人的進(jìn)步，摩爾定律很好地詮釋了這些進(jìn)步;在摩爾定律的推動下，智能手機已經(jīng)進(jìn)入到億萬人的口袋，它比幾十年前最好的電腦還要強大幾千倍。
再看看設(shè)備中使用的電池，它的發(fā)展完全和摩爾定律不匹配。1991年索尼率先將鋰電池商用，到今天這門技術(shù)并沒有明顯的改變。汽車使用的技術(shù)更為古老，內(nèi)燃發(fā)動機的基本設(shè)計、車用鉛酸電池幾十年都很少改變。
縱觀設(shè)計的歷史，大多時候企業(yè)們根本沒有改變的欲望，行業(yè)一直運行得很好，我們很少去考慮電池?；乜?000年時，手機充一次電可以用好幾天。然而在過去的10年里，我們已經(jīng)進(jìn)入了智能手機時代，電池的不足開始變得嚴(yán)重起來。與9年前喬布斯發(fā)布的iPhone相比，蘋果最新的手機強大16倍，但它的續(xù)航時間仍然不到一天。
新老手機之所以性能差距如此之大，主要歸功于工程進(jìn)步，它是通過提高處理器效能實現(xiàn)的，而不是因為電池更好。至于毫安時(在一定的放電時間下完全放電產(chǎn)生的電流)，iPhone 6s只比2007年第一代iPhone提高了22%。
鋰電池挑戰(zhàn)
設(shè)計鋰電池很簡單。當(dāng)電池充電時，電子流通過電路傳送到負(fù)極，吸引電解質(zhì)溶液中的鋰離子(一種可帶電粒子)。當(dāng)我們使用電池時，離子會通過溶液轉(zhuǎn)移到負(fù)電極，它會釋放電流給設(shè)備充電。
這是相當(dāng)基本的化學(xué)過程，結(jié)果就是很難改進(jìn)。只有幾種元素可以使用，而事實證明鋰是最適合的。要改進(jìn)電池，辦法就是改變電極和電解質(zhì)的化學(xué)成份，但改進(jìn)是逐步進(jìn)行的，而且隨著時間的推移改進(jìn)會越來越難。盡管富有的科技公司不斷向電池投入資本，每年電池的性能仍然只能提升5%。事實上，許多電池制造商發(fā)現(xiàn)要提升電池效能，最好的辦法就是增加體積，讓它有更大的空間容納更多的離子。
對于許多人來說，這樣的辦法顯然不夠好。智能手機最開始只是日常生活的重要部分，現(xiàn)在成了我們的基本需求。我們用它來支付錢款，用它來通信，用它來導(dǎo)航。如果手機不能用，我們會很心煩。這還不算什么，當(dāng)電動汽車、搶救生命的健康設(shè)備沒有電時后果更嚴(yán)重。照預(yù)測，太陽能將是未來的主要能源，如果沒有太陽，就需要電池?fù)碛泻艽蟮拇鎯θ萘坎判小?/p>
替代產(chǎn)品
人們對電池越來越依賴，受到需求的推動，企業(yè)投入大量的時間和金錢開發(fā)鋰電池替代產(chǎn)品。
去年，劍橋大學(xué)科學(xué)家宣布獲得巨大突破，它們開發(fā)了“鋰空氣”(lithium-air)電池，科學(xué)家宣稱新電池的性能是現(xiàn)有鋰電池的10倍。新技術(shù)直接使用空氣中氧氣的部分電子，而不是使用存儲在電池一端的電子，他們宣稱電池的性能可以大幅提高，充電一次可以讓一輛電動汽車從倫敦開到愛丁堡。
劍橋科學(xué)家將這種“鋰空氣”電池稱為“終極電池”，其實這種設(shè)計幾十年前就出現(xiàn)了，但傳統(tǒng)的過氧化鋰設(shè)計被證明是不穩(wěn)定的，而且不支持多次充電。采用新的化學(xué)成份替代氫氧化鋰能減少耗電化學(xué)反應(yīng)的次數(shù)，使得電池可以反復(fù)充電2000次以上。
美國伊利諾斯州阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)的研究者上周宣布取得突破，他們推出了超氧化鋰物電池，新技術(shù)解決了其它鋰空氣電池的許多主要難題。新設(shè)計還要幾年才能投入商用，可能至少需要10年時間。
還有一個方案也許同樣行得通：不去開發(fā)更好的電池，而是尋找更好的方法提供能量。英國Intelligent Energy公司宣稱在不久的將來可以在消費電子產(chǎn)品上使用氫燃料電池。
Intelligent Energy公司CEO Henri Winand說，采用新技術(shù)開發(fā)的原型電池能夠讓智能手機連續(xù)用上一星期，可以讓無人機飛幾小時而不是30分鐘。它不需要充電，燃料電池可以在內(nèi)部互換。公司還與Suzuki合作開發(fā)搭載燃料電池的滑板車，它還與一家新興智能手機商開發(fā)使用燃料電池的產(chǎn)品。魏南德說：“以后我們不用再按照電量來安排生活。”他說采用燃料電池的手機還有18個月就會出現(xiàn)。
對于依賴電池的消費者和企業(yè)來說，這樣的速度還是不夠快，燃料電池可能需要好多年才能形成主流。同時，一些技術(shù)企業(yè)仍然在投資鋰電池技術(shù)，它們認(rèn)為短期之內(nèi)這是最好的選擇。
放眼全球，有許多企業(yè)大規(guī)模使用電池，特斯拉是其中的一個，它投資近50億美元在美國內(nèi)華達(dá)建造鋰電池工廠。還有一些消費電子企業(yè)拒絕依賴突破性技術(shù)，它們轉(zhuǎn)而重視無線充電技術(shù)或者快速充電技術(shù)，只需要半小時或者一小時就可以將電池從0充到60%。
即使是最有希望的新電池暫時也還不可能取代鋰電池，新電池還需要多年的測試，需要法律的許可，然后才能進(jìn)入到汽車和手機中。不論誰贏得競爭，它的電池都將是本世界最大的突破之一。
