人類的電池技術為什麼停滯不前?

2020-11-29 容濟點火器

人類電池技術並不能說完全停滯不前,而只能說電池技術的發展,目前這個階段遠遠慢於電子移動裝置和新能源汽車的發展而已。實際上,幾乎每個月都有新聞報導新電池技術取得突破了,某某企業突破了鋰電池容量,某某實驗室發明了某種新材料電池,大家都「望穿秋水」,就是沒有見到一個真正可以落地的產品出來,只聞樓梯響,不見人下樓,目前的電池技術的確成為人類交通,戶外和通訊等行業的一個大瓶頸,請關注:容濟點火器

科技進步和新品發明有一定偶然性

在很多人眼裡,人必勝天,人類認識和改造大自然的確也有一定的章律可循。但是對比浩瀚廣闊的宇宙,人類實在是太渺小了,人類雖然掌握了一些方法和技巧,同時也積累了很多經驗,但是依然是「一斑窺豹」或者「盲人摸象」,根本不能做到為所欲為或者隨心所欲,科學技術的進步和新產品的發明,有巨大的偶然性,對比人類已知自己有的600萬歷史而言,絕大部分時間人類的科技狀態是止步不前的,茹毛飲血佔比了絕大部分時間。

電池是一種特殊能源技術,如果把燒柴火理解成人類第一次利用大自然能源的行為,人類開始用火也不過是100萬年前左右的事情了。而後很漫長的歲月裡邊,人類一直只是使用了木頭和動物油來作為能源的核心,中國使用植物油的記錄是北魏,也不過是1000多年歷史而已,有了植物油這種可持續穩定的能源,人們才可以利用它來讓更多人在晚上讀書學習和工作交流。

燧木取火和擊石取火依賴於某些傑出的發明家在偶然時候觀察到一些產生火花的現象,然後琢磨和研究出來一些取火的方法,說明科技的進步,並沒有絕對的規律可言,很多時候依賴於某個天才和一些偶然現象,電池的發明也不例外了。醫生伽伐尼的手術刀碰到青蛙腿,發現它會抽搐,物理學家伏特仔細研究了這種現象,認為電產生於不同的金屬和潮溼環境裡邊,從而發明了電池,一直到今天,我們使用的電池和伏特發明的電池原理本質上並沒有什麼區別,都是氧化還原反應,讓正離子從負極在電池內部流向電池正極,陰離子在電池內部從正極流向負極,而電子從負極經過外部電路流向正極。伽伐尼發現這個現象是1792年,離今天不過200多年的時間而已,如果沒有他留意這個現象同時總結發表出去,或者沒有天才的伏特生活在那個年代,也許電池的發明時間就會推後很多了。

實際上,不僅僅是電池進步緩慢,我們今天使用的菜刀,水杯,柜子等機械類產品,進步同樣都是緩慢的,只是電子產品和網際網路快速發展,讓我們誤以為任何產品都可以快速進步的,網際網路發展思維,並不適合到一些基礎行業裡邊了。

電池產品特點決定了它只能一點點發展

而這兩百多年來,從最初的伏特電池堆,到今天常見的鉛酸電池,似乎已經是科技史上的漫長歲月,電池依然利用了金屬等材料來進行氧化還原反應實現,至多是材料上改進了一下,增加了電可充功能,相當於把化學反應逆變過來而已。而伏特是1800發明伏特電池堆,一直到1859年,一個叫普蘭特的法國人才發明出來鉛酸電池,超過了半個世紀的時間,這種電池是可以充電的,所以被稱之為蓄電池,後來被很多科學家改良後一直使用到今天,我們的電瓶車基本上都使用了這種電池。而後來的故事大家都似乎知道了,1910年大發明家愛迪生改進發明了可充電的鐵鎳電池,實際上1887年還有一個英國人叫赫勒森發明了乾電池出來,鎳鎘電池在1947年被Neuman發明出來。早在1976年,鎳氫電池就PhilipsResearch整出來,但是一直等到1990年左右鎳氫電池才被商業化生產了。實際上,鋰電池在1912年就已經被GilbertN-Lewis研究了,但是一直等到1991年,索尼公司才開始商業化生產鋰離子電池,一直到今天,我們還在使用類型的鋰電池,並沒有太大改進了。

可以看出,電池的技術發展,一直都是比較緩慢的,動不動就是幾十年甚至上百年,雖然有些形式的電池很早已經發明出來了,但是改進穩定應用都是很多年後的事情。它利用了化學反應來實現電能的儲藏和利用,本身化工類的東西,就屬於慢熱的領域,要有基礎性的理論突破才可以突飛猛進的,否則只能一點點來啃骨頭了。

以前我們對電池技術沒有太在乎,所以一直以為是近幾年電池發展進入瓶頸了,實際人家這款產品,一直都是在慢慢進步和晚上的,只是以往我們沒有那麼在乎電池的容量和充放電時間,因為以往的產品,並沒有需要用到很大容量的電池。

想想上個世紀90年代末期,手機只是用來通一下電話而已,功耗並不高,現在的手機已經是一個移動端的電腦裝置,功耗非常厲害。而我們還指望電池去取代發動機和燃油,要知道汽車的功率動不動就是上百千瓦的,而電池的原理設計並沒有太大的改變,要想短期內進步,恐怕非常困難的,除非又出來一個伏特之類的人物,而且要碰上「青蛙腿」偶然事件,否則我們還是不要期望電動汽車能夠彎道超車內燃機汽車的。

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