鉅大LARGE | 點擊量:5997次 | 2018年04月27日
鋰電池為什么沒有出現革命性的電池技術突破?
智能手機在2011年出現了井噴式的發展,也正是從那年開始,中國的山寨手機市場開始走向死亡,毫無翻身之地。在以小米為首的以性價比著稱的手機廠商迅速掀起了一陣換機潮,抓住機會的那些手機廠商重新瓜分了中國的手機市場。
與山寨機相比,智能手機可謂是在系統、軟件、便利性等各方面碾壓了山寨手機。但是唯一讓人詬病的地方,可能就是:一天一充或一天兩充的手機電池了!
智能手機普遍用的是鋰電池,而鋰電池是在1991年由索尼發明出來的,鋰電池是迄今為止所有商業化使用的二次化學電池中性能最優秀的電池,但現在看來,它似乎依舊不能滿足我們的使用需求!為什么鋰電池發明出來近30年了,科學界依然沒有出現革命性的電池技術突破呢?
索尼發明的鋰電池以比能量高、循環壽命長、擁有較寬的充電功率范圍、倍率放電性能好等特點迅速贏得了市場的歡心。鋰電池的商用化,使現在的手機、筆記本等攜帶型電子設備的重量和體積大大減小。但經過了二十多年的發展,不管是智能手機、平板電腦,還是如今的特斯拉電動車,所有電子設備使用的鋰電池技術,與索尼公司當年開發的鋰離子電池在技術使用上并無本質差別。
鋰電池中鋰離子的數量是固定的,而想要使電池使用時間變得更長,就必須增加電池數量,但這又意味著更重的設備、使用過程中更大的發熱量以及更高的過熱爆炸可能性。這也是手機在重度使用后,成為“暖手寶”的原因。如果想要更安全或者更便攜,就必須犧牲電池數量和使用時間。
電池的發電原理我們并不陌生,不過是將化學能轉化為電能,雖然電池的系統原理簡單,但是進一步的革命性突破卻很難。為什么呢?因為電化學是實驗科學,而元素周期表和晶體數據庫翻來覆去的看也就那么幾種反應物!
而且,就算找到了合適的反應物,也依舊有很多因素制約著這些反應物商用的可能性!
壽命短不行!重量重不行!體積大不行!效率低不行!穩定性差不行!發生副反應不行!不安全可靠不行!使用太麻煩不行!釋放能量太慢不行!成本太高更不行!
保持能量密度就會犧牲效率,保持安全可靠就會增加成本,可充放電池的設計上存在著多種多樣的因素限制。而且即使有了方向,分析過程也無法輕易建立數學模型,最優組合只能靠嘗試,只有經過大量實驗,才能獲得各項參數的平衡。
又由于電池系統復雜,實驗的細節多,周期性長,重現性差,所以耗時巨大卻收效甚微。
技術從實驗室最終走近市場,要經歷漫長的周期。即使在設計上微調電池的寬度,也會花費大量的成本,更別說貿然采用革命性技術,一旦失敗風險將難以估量!就像三星Note7的電池爆炸門事件,三星Note7還是采用的鋰電池呢,卻因為設計上的不合理,最后只能全球召回,而最終電池爆炸事件對他們公司造成了1443.19億元的經濟損失!
可喜的是,一些公司似乎找到了電池發展的新方向!
2016年,ITRI公司發布了一款與斯坦福大學共同研發的可快充鋁電池URABat,據稱是一種更安全和更高效的鋰電池代替品。URABat電池完成一次充電僅用時1分鐘且充電循環次數可高達1萬次。
智能設備的下一次革命性技術更新或許就是電池技術的進步了,或許那個時候“充電”這個名詞就不會存在了,手機、筆記本、特斯拉在出廠的那一刻就被賦予了足夠用到報廢的電量。
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