十幾年過去了,為什麼人類的電池技術一直沒有突破?

2021-01-15 科羅萬象

幾乎每個用過小靈通和智慧型手機的人都曾感嘆,電池是越來越不經用了,以前手機充滿電可以用一周時間,現在智慧型手機充滿電能用一天就很不錯了。當然,智慧型手機比非智慧型手機更耗電這一點大家其實都理解。

但從蘋果4到今年即將發行的蘋果最新系列來看,手機的電池技術(續航能力)依然沒有突破性的改變,甚至給人一種感覺,這些年電池技術一直在退步。許多網友戲稱:人類的科技被三體的智子鎖死了,科學技術很難再有大的發展。玩笑歸玩笑,不過,人類的電池技術想要有革命性的突破,目前來看是不可能的。

鋰電池

目前智慧型手機用的幾乎都是鋰電池,鋰電池分兩種:鋰離子電池和鋰金屬電池,不管是哪種電池「鋰元素」始終是核心組成物質。因為鋰元素是元素周期表中電位最低的金屬,用金屬鋰作電極材料才可以在正負極之間產生最大的電位差(鋰離子電池中鋰作負極材料,鋰金屬電池中鋰作正極材料),工作時才能產生最大的電壓,才可以儲存更多的電量。所以鋰電池的能量密度是遠優於鉛蓄電池和鎳氫、鎳鎘電池的。同體積的鋰電池所含電量是鉛蓄電池的5倍,是鎳氫電池的3倍;不僅如此,鋰電池在不使用時,自身的逃電率是可以忽略不計的,這不僅變相增加了電量,也延長了電池的使用壽命;同時鋰電池重量輕,不含重金屬,對環境汙染也非常小,唯一的不足可能是價格比較貴吧!

隔膜

了解了鋰電池的這些特點,我們知道用鋰作為電極是最好的選擇,所以手機的電池技術有一半已經被「鎖死」了,只能去優化另一極的材料,改善電解液和隔膜。例如降低隔膜的電阻,增強隔膜的導電性,保證鋰離子的透過率,增加隔膜強度,降低厚度。這樣一點點推進電池技術的進步,所以操作空間是比較小的,每年只有3%的小幅度進步。這麼一看10年的時間電池技術進步也有34%了,這難道不算很大的進步嗎?不好意思,高端晶片技術的進步更快,1到2年的時間就會翻一番,每年進步幅度在60%-70%之間。

蘋果X手機搭載的A11處理器,性能要遠好於A10處理器,A11處理器採用的是10納米製程和六核心設計,大核性能比A10提高了25%,4個小核提高了70%,多性能提高了 75%。總的來看A11比A10處理器性能上的進步在60%左右,而A11和A10處理器的發布卻只相隔了1年時間。所以電池技術的進步完全跟不上晶片技術的進步,更強大的運算處理能力會消耗更多的電量,難怪我們會感覺手機耗電量越來越快了。

這些年很多人都在熱炒石墨烯電池和一些黑科技快充技術,報導也是鋪天蓋地,不管是石墨烯電池還是黑科技快充技術,有兩點是無法同時實現的,一是量產,二是安全穩定性。之前有新聞稱:鋰電池+石墨烯技術製成的石墨烯電池可以讓汽車充電10分鐘,續航1000公裡,聲稱石墨烯技術可以顛覆能源行業,能量密度、導電性、高強度和重量輕的特點都比鋰電池要優越。這樣的報導一直沒有中斷過,但人們始終看不見產品,石墨烯的概念似乎有點被過度消費了,或者是別有用心的商人誇大吹噓石墨烯來獲取利益,泡沫太大了。

總的來看鋰電池仍然是目前最適合大眾使用的理想電池,雖然電池技術的革新可能要很長時間,但好在目前充電比較快,等一等又何妨。

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