人類的電池技術,為何多年來沒有實質性的突破?

2020-10-18 艾伯史密斯

近幾年來,隨著人類科學技術的發展,我們身邊的電子設備性能越來越強,而電池技術(或者說儲能技術)已經到了瓶頸,甚至已經多年停滯不前,其中的原因是目前的電池技術難以有革命性的突破,而傳統的化學電池性能已經接近理論極限。


在十年前,非智慧型手機還是主流,一塊900mAh電量的可拆卸電池,可以給手機使用1~2天,而現在一塊4000mAh電量的手機,對很多人來說使用一天都很吃力。

其實相對於十年前,人類的民用電池技術已經進步很大了,但是相對於電子產品本身的進步來說,電池技術遠遠落在後面;摩爾定律的指數增長也代表了電子技術的飛速發展,更大屏幕、更高的解析度、更強的CPU、更多的黑科技加持,使得電子設備的電池不堪重負。

鋰電池以高能量密度和低物理密度,成為電子設備中電池的首選,其實從本質上說,無論是鋰電池、鎳氫電池還是乾電池都是利用化學反應,來實現電能和化學能之間的相互轉化,在電池體積一定的情況下,化學反應發生的能量轉化是存在極限的,而且人類的電池技術已經快接近電池的儲能極限。

目前對電池技術的改進,也主要是在電極材料上做文章,比如廠商經常宣傳的石墨烯鋰電池等等,本質上還是鋰電池,雖然能在充電速度、充放電效率上有所改進,但是對電池能量密度的提升微乎甚微,只要電池技術沒在本質上進行改進,那麼人類就無法跨過此次電池技術的瓶頸。

目前因為電池技術受到發展限制的,主要是移動電子設備,電動汽車等等,一旦電池技術得到突破,那麼很多產品將迎來春天,人類的科技也將實現一次飛躍,甚至會改變世界格局,比如解決了電動車的電池技術,那麼石油將逐漸成為歷史,其影響力是不可估量的。

目前解決電量焦慮的辦法,無非是提高充電效率,增加產品的整體重量等等,這也是無奈之舉,隨著5G技術的普及,今後電子設備對電量的需求會加劇。

如果電池技術一直得不到突破,那麼我們也只能使用替代辦法,比如無線充電的技術已經很成熟了,如果能把這項技術進行普及,或許也是一種解決電量焦慮的不錯辦法。另外除了化學電池外,理論上還有核電池,超級電容、燃料電池等等。

其中核電池要實現大功率放電的話體積難以縮小,而且核電池本身還帶有核輻射,加上價格昂貴,所以很難在民用當中普及。

超級電容最大的優勢,就是擁有極快的充電速度和長久的充放電次數,但是庫侖力實在太強,哪怕我們使用強度最高的材料,也難以提升超級電容的儲能密度。

燃料電池的儲能密度雖然高,但很難實現小型化,尤其是難以應用在手持電子設備當中,不過可以應用在汽車當中。


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