鉅大LARGE | 點擊量:848次 | 2021年11月25日
下一次真正的電池技術突破 我們要等多少年?
無論智能手機推出了多少代,我們總會面對一個老問題:電池續(xù)航時間怎么還是這個老樣子。不管廠商做了多少優(yōu)化,最終也不過是以小時計算的差別。為何電池技術的進步總是那么慢,我們其實以前也談過。突破究竟什么時候來?現(xiàn)在有些新東西可以說說。
仿佛不可能的夢
即使是公認已經(jīng)發(fā)展到了一個頂點的智能手機,我們每年都還可以看到大量技術和設計上的變化,比如今年最成話題的OLED屏幕、大屏占比設計等等。當然了,無論這些東西怎么變,有一些不變我們好像都已經(jīng)習慣了,那就是電池技術。性能不斷增強,分辨率不斷提高,拍照越來越好看,但是續(xù)航那是肯定沒有太大突破的。
我們當然有辦法提高手機的續(xù)航時間,只要把電池做得更大就行了,但這只是最粗暴的辦法,手機畢竟就那么大。幾乎所有的技術研究都可以靠砸錢和時間來解決,電池技術那么重要,就不值得大廠們投入嗎?
解決方法聽起來簡單,但其實并非如此。投入大量金錢,雇用最好的科學家,擁有足夠的耐心,這都不是解決問題的關鍵。問題在于,打造一個能量密度更高的電池,涉及到的將是一個全新的科學領域。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
對此倫敦帝國理工戴森工程學院的教授比利˙吳解釋道,摩爾定律簡單來說,就是每隔幾年晶體管都會變得更小,讓芯片能夠容納更多,從而提高處理能力。電池領域卻不是這樣?!霸谖⑻幚砥黝I域,一切都只為了把東西做得更小。但到了鋰離子電池這邊,假如你想提高能量密度,換句話說就是新增手機的續(xù)航時間,那你就必須要從根本上改變電池里的材料?!?/p>
這當然不會是“那就換材料唄”那么簡單,因為內部材料組成的平衡哪怕有一點不對都可能會導致嚴重的問題。現(xiàn)在那么多的事故,都在提醒我們一旦出事會有多么嚴重。吳教授表示現(xiàn)有的鎳、鈷、錳組合在未來的幾年內可能會發(fā)生變化。因為鎳更活躍,它的比例會得到提高,從而新增電量。
當然了,只是這點變化仍要幾年的測試保證一切穩(wěn)定和安全。據(jù)說假如成功,續(xù)航能有10%至20%的提升。然而人們等了那么多年,等來的提升和時間似乎并不相符。電池技術的真正突破,仿佛是人們在追逐一個不可能的夢。
困難重重
用科學家的說法,電池技術可以說是一種“混沌的藝術”。它之所以發(fā)展得那么慢,很大程度上是因為幾乎每一點微小的進步或改變,都要經(jīng)過大量的實驗和測試,以保證安全和穩(wěn)定。即使是發(fā)現(xiàn)了有關提升能量密度很有幫助的材料,你都不能保證它真的能用。
舉個例子,近來人們發(fā)現(xiàn)比起現(xiàn)在電池里的石墨,硅膠似乎是一種更好的材料。它的能量密度是石墨的十倍,意味著假如現(xiàn)在我們的手機能撐一天,硅膠電池就能讓手機頂十天。問題就在于,這樣的電池就變成了一個很危險的爆炸物。
為何會這樣呢?當電池充放電的時候,石墨會膨脹和收縮大概10%的幅度。我們能對付10%,但硅膠在這上面能達到300%。不用多想都了解,這種電池該有多么危險。
也正是因為這樣,電池技術研究的投入可以說是一個看不到底的黑洞,因此世界上盡管有著許多科學家、公司和研究機構在堅持不懈地攻關,但看不到前景使得這些努力始終都是各自為戰(zhàn),形成不了一個業(yè)界范圍內的合作。
更重要的是,三星GalaxyNote7這一系列的事件震驚了整個業(yè)界,這也讓人們在研究時變得更加小心翼翼,更重視每一步的測試。業(yè)內人士透露說此前許多廠商都開始抱有僥幸心理,想要強行推進電池能量密度的上升。電池事件是一個警醒,迫使所有人的節(jié)奏都慢了下來——當然了,注意安全肯定是一件好事。
我們能看到進步嗎?
那么問題來了:既然突破的進度已經(jīng)如此緩慢,我們到底什么時候才能看到進步的到來?有趣的是,答案是很久以后,但好像也不是那么久。
“要開發(fā)一種新的化學過程大概要10年的時間,1億英鎊的投入,所以它在經(jīng)濟規(guī)模上和微處理器領域比不了?!眳墙淌谡f。
而且,10年時間不過是第一階段。接下來還要再花10年,不斷地測試和改進,讓新技術足夠安全和穩(wěn)定,否則就不能把它應用在商業(yè)化上。最簡單的例子,鋰離子電池的相關研究成果于1980年首次發(fā)表在牛津大學。一直到上世紀九十年代之后,索尼才首次將這個技術商業(yè)化。
“我們已經(jīng)有了另一種化學方法,但它要到來還要一點時間。人們一直在談論硫磺或硅膠作為電池的新材料。另外現(xiàn)在有一種被稱為鋰空氣電池的可能會是最終的解決方法。然而在它盡善盡美之前要一個甚至兩個10年以上的時間。”吳教授說。
10年甚至20年的時間對每一個人來說都久得可怕,但是在聽到了之前那些令人絕望的狀況之后,好像也就沒那么長。更重要的是,廠商們另辟蹊徑,零零碎碎的進步和優(yōu)化肯定還會是有的。
盡管電池技術短時間內沒法突破,但畢竟其他的技術不能不進步。隨著手機性能繼續(xù)增強,分辨率甚至還要上到4K級別,這些都對能耗優(yōu)化提出了苛刻的要求。對此,10納米工藝甚至7納米工藝都已經(jīng)上了日程。OLED屏幕可以有效減少能耗。各種軟件層面上的優(yōu)化也都成為了必修課。
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