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都2014年了为何电池技术还停留在90年代?

来源:欧宝体育app官方入口    发布时间:2024-03-14 19:23:42

2009年,苹果重新设计了MacBookPro,发布了一款新型电池,电量续航能力比前一型号电池高

产品介绍

  2009年,苹果重新设计了MacBookPro,发布了一款新型电池,电量续航能力比前一型号电池高出40%。该电池供电时长达7小时,足够把史诗电影《阿拉伯的劳伦斯》从头至尾看两遍。苹果营销总监

  近二十多年来,科技快速的提升。计算机从电子管元件时代演变成今天的超大规模集成电路,往日笨拙巨大的计算机如今小到能装进我们的口袋中。一款新型智能手表的运算能力甚至强于阿波罗登月飞行器。但如今电池的发展则是另一种态势。

  苹果或三星的消费电子科技类产品制造商们为了开发出续航更强的电池,投入了数百万美元研发资金。虽然电池技术在未来几年不会取得革命性发展,但那些依赖电池的新产品却会层出不穷。电池发展为何会滞后?很多研究人员表示他们已遇到瓶颈,而使用电池供能设备的用户则对电池的续航能力要求越来越高。

  EnviaSystems公司位于美国加州,专注研发高能电池。从1995年起历经十多年发展,在2007年才实现电池储能翻一倍。此后,电池储能增幅再没能超过30%。Envia公司表示,2021年前多数电池的电量不会翻倍。

  但如今一台普通的平板电脑能持续运行10小时,而在美国总统奥巴马第一任期期间的电池续航仅能为4小时,怎么回事?

  通常,科技发展的动力来自两个方面:追求设备的小巧便携性和完善与之配套的软件。

  电脑的核心是微处理器。比如Facebook更新并提示朋友圈信息,这样的一个过程中芯片会进行复杂的运算。几十年来,处理器的体积越来越小,耗能也越少,电池使用寿命就更长。

  电池则不同,它是金属和化学材料的组合体。虽然采用化学材料使电池体积小了,但并不代表更好。就好比喝一杯酒:你倒进去的酒少了,能喝到的自然也少了。如今,电池的发展主要依赖新材料,从镍电池发展成如今的锂电池,电池续航力得到非常明显提升。

  当代电池发展领域的大科学家JohnGoodenough表示:“目前的研究着重于提升锂电池性能,但电池发展已然遇到瓶颈。”

  Goodenough在1979年宣布电池发展取得重大突破,虽然如今研究电池的人员比当时更多,可是科学家们仍没有头绪。需要更先进的技术才能设计出能续航一周的手机电池,

  电池的发展可追溯至18世纪。当时科学家们偶然发现,通过向两个覆盖金属片涂层的容器中添入盐水,插入金属棒就能收集静电。手指触碰容器外部,另一只手触碰金属棒,能瞬间感受到嗞的一声电流。

  HenrySchlesinger在《电池:便携电源引发科技革命》一书中将摆弄这些电源设备的科学家比作“莱顿瓶”。英国著名诗人雪莱就是这里面之一,他曾鼓励他的姐姐、妻子玛丽一起探索。玛丽的小说《弗兰肯斯坦》中还将电作为主要情景道具。

  而就在《弗兰肯斯坦》被人们广泛传阅前不久,意大利物理学家AlessandroVolta(伏特)发明了第一个电池,称为伏打电堆。该电池通过锌板和铜板导电,电解质为盐水,两极被浸泡在盐水中的布料或纸板隔开。

  如今的电池原理也大体相同。拆分电池可看出,一极是由金属材质构成,比如锂;另一极通常为碳棒。两极之间也与伏特200年前所用的布隔板类似:用胶封的塑料块隔开两极,但仍可能有电子通过。

  接线形成环路或通电后,电流经过环路。像灯泡亮起、音响发声或汽车解锁发声的瞬间。

  据法国知名研究机构AvicenneEnergy估计,在1990年,随着锂离子电池的兴起,世界电池需求量接近20万千瓦/小时,相当于444亿节EnergizerUltimate5号锂电池,连起来足够绕地球57圈。2013年,电池需求量翻了一倍。

  LuxResearch公司预计称,到2020年,仅设备供电的电池开销费用将达266亿美元,同比今年上涨近30%。其中多数需求来自于手机和平板电脑,未来六年对电池的需求量涨幅将超过45%。交通工具的电池开销,比如电动车,将会增至209亿美元。

  再者,几乎所有大型研发机构都转向研究电动车和电网领域了。比如科技巨头IBM,在美国加州圣何塞市拥有一支科学家团队研发电池技术。2009年,IBM斥资50万美元打造“电池500”项目:研发一款电池,能驱动电动车500英里之远。能一次性从旧金山开到洛杉矶,还会有电量剩余。

  该项目中的电池并非利用了锂离子电池中常见的碳棒和其它金属,他们称之为锂—空气电池,原理是在容器内注满空气,与金属锂相互作用产生电能。如果项目测试成功,该款新电池的重量要比普通电池轻一半。

  但锂—空气电池有个限制条件:持续供能和重复充电要求注入没有杂质的纯净空气。而我们呼吸的空气往往有污染物和水分。IBM电池研究员WinfriedWilcke称:“我们应该机器来净化空气,由此会增加电池的体积、重量及复杂度。”

  麻省理工学院和德克萨斯大学的研究员们在考虑硅、硫和钠材料。但其中多数的研发首要考虑为汽车设计电池。要实现该技术为消费电子科技类产品供能尚需几年。

  在锂离子电池的研发方面,今年七月斯坦福大学称他们已设计出一款纯锂电池,能储存更多能量,但仍有待完善。

  某些科学家认为电池的发展前途非常惨淡,举步维艰。研究员Wilcke表示:“目前的研究没形成一定的数量级。”但加州ImergyPowerSystems电池公司BillWatkins很乐观:“永远别低估拿着一大笔钱的一群高精尖人才。”

  令人欣慰的是,这些电池公司并未踌躇不前,而是一边等待新电池技术的来临,一边在努力拓展电池寿命。

  苹果公司的许多进步得益于软件。如2013年年底发布的OSXMavericks桌面操作系统:多屏显示,输出的信息可以在多个屏幕间显示,各个屏幕间不会干扰,可以独立操作。

  苹果还有一款“timers”软件,在电脑低能耗模式下,唤醒电脑芯片,以完成指定任务,与Mavericks操作系统结合使用,减少了处理器72%的活动,让电脑运行更高效。

  今年发布的OSXYosemite加入了更多节能功能。用户在MacBookAir上能拥有额外两小时的电池续航,足以看一部1080p高清电影。

  三星设计了“超级省电模式”功能,让GalaxyS5手机的电池续航上限达12.5天。该模式下,电子设备屏幕转为灰黑界面,并限制app、通话、短信以及上网功能。

  三星SDI公司目前尝试着设计更安全、续航更强劲的电池。三星公司还在研究用固体材料取代封胶和液体隔层,减少炸裂风险,并计划在2015年发布该系列电池。

  同样地,苹果也在努力研发高能电池。2009年,Schiller宣布MacBook的电池取得突破性进展,原先的机身下的方形电池块被像拼图图块式的电池所取代,分布在机身空间内。苹果的这款电池设计也打破了老规矩,让用户能自行取出电池,也腾出了电池筒和保护壳的空间。