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我们要等多少年才能等来下一次电池技术突破

来源:
时间:2017-06-01 09:34:04
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我们要等多少年才能等来下一次电池技术突破仿佛不可能的梦即使是公认已经发展到了一个顶点的智能手机,我们每年都还可以看到大量技术和设计上的变化,比如今年最成话题的OLED屏幕、大屏占比

  仿佛不可能的梦

  即使是公认已经发展到了一个顶点的智能手机,我们每年都还可以看到大量技术和设计上的变化,比如今年最成话题的OLED屏幕、大屏占比设计等等。当然了,无论这些东西怎么变,有一些不变我们好像都已经习惯了,那就是电池技术。性能不断增强,分辨率不断提高,拍照越来越好看,但是续航那是肯定没有太大突破的。

  我们当然有办法提高手机的续航时间,只要把电池做得更大就行了,但这只是最粗暴的办法,手机毕竟就那么大。几乎所有的技术研究都可以靠砸钱和时间来解决,电池技术那么重要,就不值得大厂们投入吗?

  解决方法听起来简单,但其实并非如此。投入大量金钱,雇用最好的科学家,拥有足够的耐心,这都不是解决问题的关键。问题在于,打造一个能量密度更高的电池,涉及到的将是一个全新的科学领域。

  对此伦敦帝国理工戴森工程学院的教授比利·吴解释道,摩尔定律简单来说,就是每隔几年晶体管都会变得更小,让芯片能够容纳更多,从而提高处理能力。电池领域却不是这样。“在微处理器领域,一切都只为了把东西做得更小。但到了锂离子电池这边,如果你想提高能量密度,换句话说就是增加手机的续航时间,那你就必须要从根本上改变电池里的材料。”

  这当然不会是“那就换材料呗”那么简单,因为内部材料组成的平衡哪怕有一点不对都可能会导致严重的问题。现在那么多的事故,都在提醒我们一旦出事会有多么严重。吴教授表示现有的镍、钴、锰组合在未来的几年内可能会发生变化。因为镍更活跃,它的比例会得到提高,从而增加电量。

  当然了,只是这点变化仍需要几年的测试保证一切稳定和安全。据说如果成功,续航能有10%至20%的提升。然而人们等了那么多年,等来的提升和时间似乎并不相符。电池技术的真正突破,仿佛是人们在追逐一个不可能的梦。

  困难重重

  用科学家的说法,电池技术可以说是一种“混沌的艺术”。它之所以发展得那么慢,很大程度上是因为几乎每一点微小的进步或改变,都需要经过大量的实验和测试,以保证安全和稳定。即使是发现了对于提升能量密度很有帮助的材料,你都不能保证它真的能用。

  举个例子,近来人们发现比起现在电池里的石墨,硅胶似乎是一种更好的材料。它的能量密度是石墨的十倍,意味着如果现在我们的手机能撑一天,硅胶电池就能让手机顶十天。问题就在于,这样的电池就变成了一个很危险的爆炸物。

  为什么会这样呢?当电池充放电的时候,石墨会膨胀和收缩大概10%的幅度。我们能对付10%,但硅胶在这上面能达到300%。不用多想都知道,这种电池该有多么危险。

  也正是因为这样,电池技术研究的投入可以说是一个看不到底的黑洞,因此世界上尽管有着许多科学家、企业和研究机构在坚持不懈地攻关,但看不到前景使得这些努力始终都是各自为战,形成不了一个业界范围内的合作。

  更重要的是,三星GalaxyNote7这一系列的事件震惊了整个业界,这也让人们在研究时变得更加小心翼翼,更重视每一步的测试。业内人士透露说此前许多厂商都开始抱有侥幸心理,想要强行推进电池能量密度的增长。电池事件是一个警醒,迫使所有人的节奏都慢了下来——当然了,注意安全肯定是一件好事。

  我们能看到进步吗?

  那么问题来了:既然突破的进度已经如此缓慢,我们到底什么时候才能看到进步的到来?有趣的是,答案是很久以后,但好像也不是那么久。

  “要开发一种新的化学过程大概需要10年的时间,1亿英镑的投入,所以它在经济规模上和微处理器领域比不了。”吴教授说。

  而且,10年时间不过是第一阶段。接下来还要再花10年,不断地测试和改进,让新技术足够安全和稳定,否则就不能把它应用在商业化上。最简单的例子,锂离子电池的相关研究成果于1980年首次发表在牛津大学。一直到上世纪九十年代之后,索尼才首次将这个技术商业化。

  “我们已经有了另一种化学方案,但它要到来还需要一点时间。人们一直在谈论硫磺或硅胶作为电池的新材料。另外现在有一种被称为锂空气电池的可能会是最终的解决方案。然而在它尽善尽美之前需要一个甚至两个10年以上的时间。”吴教授说。

  10年甚至20年的时间对每一个人来说都久得可怕,但是在听到了之前那些令人绝望的状况之后,好像也就没那么长。更重要的是,厂商们另辟蹊径,零零碎碎的进步和优化肯定还会是有的。

  尽管电池技术短时间内没法突破,但毕竟其他的技术不能不进步。随着手机性能继续增强,分辨率甚至还要上到4K级别,这些都对能耗优化提出了苛刻的要求。对此,10纳米工艺甚至7纳米工艺都已经上了日程。OLED屏幕可以有效减少能耗。各种软件层面上的优化也都成为了必修课。

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