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想讓新iPhone電池續航翻倍？搞定這3個問題 [複製鏈接]

水藍鵝

Youth II

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電梯直達

樓主

發表於 2015-6-4 13:29:38 |只看該作者 |正序瀏覽

人們不禁在想：當下的智能手機能完成叫車、上網買吃的、視頻電話以及計步等諸多功能，但為何解決不了電池續航時間較短的問題？我們在感概這些設備高度智能化之餘，也為其續航能力深感苦惱。為何就沒有人研發出一款性能更好的手機電池？
美國勞倫斯伯克利國家實驗室能量存儲和分佈式資源部門負責人溫卡特•斯裡尼瓦桑表示：“要擁有續航能力達到一周或更長時間的電池，你就必須尋找能量密度更大的電池，這也是目前探索的關鍵所在。”
能量密度指的就是存儲在一塊電池中的能量數量。為了使得智能手機和平板電腦中的電池續航能力提高到一周的水平，研究人員就必須在未來兩年中將能量密度提高一倍。
近來針對手機電池的研究使得能量密度能夠每年提高5%至6%，換算下來就是將這些電子設備的續航能力延長數小時。斯裡尼瓦桑表示：“我並不認為有一種新技術明天就會出現，能將電池能量密度提高一倍。如果這項技術誕生的話，將把我們帶入一個全新的階段。”
電池領域的突破性發展相對而言較為少見，最近的一次出現在上世紀90年代，當時出現了可以多次充電的鋰電池產品。SLAC國家加速器實驗室材料科學家邁克爾•托尼指出：“電池是非常復雜的研究對象，其復雜程度使得難以實現某種可持續的性能提升。”
不過，托尼認為在未來五年時間裡將iPhone續航時間延長一倍在理論上也並不是完全不可行的，但是要到達那個水平必須有一個飛躍式的發展。托尼目前參與了一個科研團隊的研究。該團隊通過對電池充電和放電進行觀察，以便更好地預測電池的續航時間，並進一步尋找可能提升電池性能的技術。
除了提升電池兩次充電間隔的時長外，電池的使用周期也是需要考慮的一個因素。一些電池在充電數百次後，其容量水平往往不及其原始水平。當一款電池充好電時其容量隻有原始水平的80%時，我們就可以判斷這款電池的使用周期到頭了。
據蘋果公司稱，iPhone在充電500次後，其電池就隻剩下80%的容量了, MacBook和iPad相對較強，可以反復充電1000次左右。
針對未來電池的提升不僅要優化電池內的能量存儲，針對其便攜性、重量以及大小也有要求。為了找到一款更強悍、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。
我們目前手機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極和陰極之間移動來工作。此前有研究稱，可以用矽替代石墨作為可充電鋰離子電池內的陽極，借此可研制出持續時間更長且性能更強的電池。
斯裡尼瓦桑表示：“我們不會一下子把矽大量放入電池中，並希望其有效果，這樣的方式行不通。於是，我們隻能將矽一點點加入到現有的電池產品中。”這一方法背後的邏輯是，一點點使用矽提升電池的能量密度，直到矽較石墨達到了一個顯著相對多數的比例。
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。另據斯裡尼瓦桑所言，另一個方面的改進則是使用鎂替代目前的鋰。根據最新的研究，鎂的充電速度是鋰的兩倍，其充電次數也是後者的兩倍。此外，另一種可能取代鋰的金屬是鋁，其充電次數是鋰電子的三倍。
不過，這些材料目前仍處於實驗室的探索階段，在引入市場被廣泛使用之前還需要相當長的一段時間。研究人員還在探索通過簡化不存儲能量的零配件以提升電池性能，通過減少零配件使得有用部門的部件做得更大，提升能量密度，但也使得消費者充一次電能使用得更久。
很多國家級實驗室以及研究機構在研究突破性電池技術方面得到了資金支持，但這些資金的大部分用於支持電動汽車的研究，而非移動設備。不過，由於在研發電動汽車的過程中，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，因此一些技術可能也被移植到移動設備上。
不過在技術移植上還有一筆復雜的經濟賬。對於移動設備，電池的成本通常較低，而對於一輛電動車而言，電池占據很大一部分成本。此外，廣泛用在手機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，不含有任何液態零部件的固態電池以後可能是電動汽車的主力配置。不過，據加拿大滑鐵盧大學的化學家琳達•納紮爾表示，這種技術對於移動設備而言目前還沒有步入研發階段，這其中有經濟的問題，牽涉到研究經費，但也有安全方面的考慮。
納紮爾說：“當你把這麼多能量裝入一個小口袋中，安全問題就不得不考慮。” 納紮爾同時也指出，固態電池的最新研究成果尚無法應用到移動電池上。不過，近年來，移動設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會完成更多的工作。
事實上，研究人員確實在移動設備電池研發方面取得了進展，隻是速度太慢，幾乎不被人察覺。納紮爾說：“與兩年前相比，現在大家關註的是更加快速的處理器以及更加明亮的顯示屏。對於移動設備而言，電池性能肯定有提升，可能隻是人們沒有發覺罷了。”