自從20世紀中期計算機芯片發(fā)明以來(lái)，技術(shù)就一直在飛速進(jìn)步，我們可以用一個(gè)故事來(lái)講述：摩爾定律。每2年芯片中的晶體管數量就會(huì )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(gè)月翻一倍。從摩爾定律被定義的那天起，到現在已經(jīng)40多年了，它一直沒(méi)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(dòng)下，智能手機已經(jīng)進(jìn)入到億萬(wàn)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(mén)技術(shù)并沒(méi)有明顯的改變。汽車(chē)使用的技術(shù)更為古老，內燃發(fā)動(dòng)機的基本設計、車(chē)用鉛酸電池幾十年都很少改變。

　　縱觀(guān)設計的歷史，大多時(shí)候企業(yè)們根本沒(méi)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�2000年時(shí)，手機充一次電可以用好幾天。然而在過(guò)去的10年里，我們已經(jīng)進(jìn)入了智能手機時(shí)代，電池的不足開(kāi)始變得嚴重起來(lái)。與9年前喬布斯發(fā)布的iPhone相比，蘋(píng)果最新的手機強大16倍，但它的續航時(shí)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(guò)提高處理器效能實(shí)現的，而不是因為電池更好。至于毫安時(shí)（在一定的放電時(shí)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

　　設計鋰電池很簡(jiǎn)單。當電池充電時(shí)，電子流通過(guò)電路傳送到負極，吸引電解質(zhì)溶液中的鋰離子（一種可帶電粒子）。當我們使用電池時(shí)，離子會(huì )通過(guò)溶液轉移到負電極，它會(huì )釋放電流給設備充電。

　　這是相當基本的化學(xué)過(guò)程，結果就是很難改進(jìn)。只有幾種元素可以使用，而事實(shí)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(zhù)時(shí)間的推移改進(jìn)會(huì )越來(lái)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(shí)上，許多電池制造商發(fā)現要提升電池效能，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(lái)說(shuō)，這樣的辦法顯然不夠好。智能手機最開(kāi)始只是日常生活的重要部分，現在成了我們的基本需求。我們用它來(lái)支付錢(qián)款，用它來(lái)通信，用它來(lái)導航。如果手機不能用，我們會(huì )很心煩。這還不算什么，當電動(dòng)汽車(chē)、搶救生命的健康設備沒(méi)有電時(shí)后果更嚴重。照預測，太陽(yáng)能將是未來(lái)的主要能源，如果沒(méi)有太陽(yáng)，就需要電池擁有很大的存儲容量才行。

替代產(chǎn)品

　　人們對電池越來(lái)越依賴(lài)，受到需求的推動(dòng)，企業(yè)投入大量的時(shí)間和金錢(qián)開(kāi)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(kāi)發(fā)了“鋰空氣”(lithium-air)電池，科學(xué)家宣稱(chēng)新電池的性能是現有鋰電池的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(chēng)電池的性能可以大幅提高，充電一次可以讓一輛電動(dòng)汽車(chē)從倫敦開(kāi)到愛(ài)丁堡。

　　劍橋科學(xué)家將這種“鋰空氣”電池稱(chēng)為“終極電池”，其實(shí)這種設計幾十年前就出現了，但傳統的過(guò)氧化鋰設計被證明是不穩定的，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)反應的次數，使得電池可以反復充電2000次以上。

　　美國伊利諾斯州阿貢國家實(shí)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。新設計還要幾年才能投入商用，可能至少需要10年時(shí)間。

　　還有一個(gè)方案也許同樣行得通：不去開(kāi)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(chēng)在不久的將來(lái)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(shuō)，采用新技術(shù)開(kāi)發(fā)的原型電池能夠讓智能手機連續用上一星期，可以讓無(wú)人機飛幾小時(shí)而不是30分鐘。它不需要充電，燃料電池可以在內部互換。公司還與Suzuki合作開(kāi)發(fā)搭載燃料電池的滑板車(chē)，它還與一家新興智能手機商開(kāi)發(fā)使用燃料電池的產(chǎn)品。魏南德說(shuō)：“以后我們不用再按照電量來(lái)安排生活�！彼�說(shuō)采用燃料電池的手機還有18個(gè)月就會(huì )出現。

　　對于依賴(lài)電池的消費者和企業(yè)來(lái)說(shuō)，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(shí)，一些技術(shù)企業(yè)仍然在投資鋰電池技術(shù)，它們認為短期之內這是最好的選擇。

　　放眼全球，有許多企業(yè)大規模使用電池，特斯拉是其中的一個(gè)，它投資近50億美元在美國內華達建造鋰電池工廠(chǎng)。還有一些消費電子企業(yè)拒絕依賴(lài)突破性技術(shù)，它們轉而重視無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)或者快速充電技術(shù)，只需要半小時(shí)或者一小時(shí)就可以將電池從0充到60%。

　　即使是最有希望的新電池暫時(shí)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(chē)和手機中。不論誰(shuí)贏(yíng)得競爭，它的電池都將是本世界最大的突破之一。

　　via telegraph