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| 本文作者： 章遠(yuǎn)岸 | 2014-12-04 00:32 |
2009年，蘋果重新設(shè)計(jì)了MacBook Pro，發(fā)布了一款新型電池，電量續(xù)航能力比前一型號(hào)電池高出40%。該電池供電時(shí)長(zhǎng)達(dá)7小時(shí)，足夠把史詩(shī)電影《阿拉伯的勞倫斯》從頭至尾看兩遍。蘋果營(yíng)銷總監(jiān)Phil Schiller稱之為“革命性” 電池，果真如此嗎？
近二十多年來(lái)，科技飛速發(fā)展。計(jì)算機(jī)從電子管元件時(shí)代演變成今天的超大規(guī)模集成電路，往日笨拙巨大的計(jì)算機(jī)如今小到能裝進(jìn)我們的口袋中。一款新型智能手表的運(yùn)算能力甚至強(qiáng)于阿波羅登月飛行器。但如今電池的發(fā)展則是另一種態(tài)勢(shì)。
蘋果或三星的消費(fèi)電子產(chǎn)品制造商們?yōu)榱碎_發(fā)出續(xù)航更強(qiáng)的電池，投入了數(shù)百萬(wàn)美元研發(fā)資金。雖然電池技術(shù)在未來(lái)幾年不會(huì)取得革命性發(fā)展，但那些依賴電池的新產(chǎn)品卻會(huì)層出不窮。電池發(fā)展為什么會(huì)滯后？很多研究人員表示他們已經(jīng)遇到瓶頸，而使用電池供能設(shè)備的用戶則對(duì)電池的續(xù)航能力要求越來(lái)越高。
Envia Systems公司位于美國(guó)加州，專注研發(fā)高能電池。從1995年起歷經(jīng)十多年發(fā)展，在2007年才實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能翻一倍。此后，電池儲(chǔ)能增幅再?zèng)]能超過(guò)30%。Envia公司表示，2021年前多數(shù)電池電量不會(huì)翻倍。
但如今一臺(tái)普通的平板電腦能持續(xù)運(yùn)行10小時(shí)，而在美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬第一任期期間的電池續(xù)航僅能為4小時(shí)，怎么回事？
通常，科技發(fā)展的動(dòng)力來(lái)自兩個(gè)方面：追求設(shè)備的小巧便攜性和完善與之配套的軟件。
電腦的核心是微處理器。比如 Facebook更新并提示朋友圈信息，這個(gè)過(guò)程中芯片會(huì)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算。幾十年來(lái)，處理器的體積越來(lái)越小，耗能也越少，電池壽命就更長(zhǎng)。
電池則不同，它是金屬和化學(xué)材料的組合體。雖然采用化學(xué)材料使電池體積小了，但并不意味著更好。就好比喝一杯酒：你倒進(jìn)去的酒少了，能喝到的自然也少了。如今，電池的發(fā)展主要依賴新材料，從鎳電池發(fā)展成如今的鋰電池，電池續(xù)航力得到顯著提升。
當(dāng)代電池發(fā)展領(lǐng)域的大科學(xué)家John Goodenough表示：“目前的研究著重于提升鋰電池性能，但電池發(fā)展已然遇到瓶頸。”
Goodenough 在1979年宣布電池發(fā)展取得重大突破，雖然如今研究電池的人員比當(dāng)時(shí)更多，可是科學(xué)家們?nèi)詻](méi)有頭緒。需要更先進(jìn)的技術(shù)才能設(shè)計(jì)出能續(xù)航一周的手機(jī)電池，
電池的發(fā)展可追溯至18世紀(jì)。當(dāng)時(shí)科學(xué)家們偶然發(fā)現(xiàn)，通過(guò)向兩個(gè)覆蓋金屬片涂層的容器中添入鹽水，插入金屬棒就能收集靜電。手指觸碰容器外部，另一只手觸碰金屬棒，能瞬間感受到嗞的一聲電流。
Henry Schlesinger 在《電池：便攜電源引發(fā)科技革命》一書中將擺弄這些電源設(shè)備的科學(xué)家比作“萊頓瓶 ”。英國(guó)著名詩(shī)人雪萊就是其中之一，他曾鼓勵(lì)他的姐姐、妻子瑪麗一起探索。瑪麗的小說(shuō)《弗蘭肯斯坦》中還將電作為主要情景道具。
而就在《弗蘭肯斯坦》被人們廣泛傳閱前不久，意大利物理學(xué)家Alessandro Volta（伏特）發(fā)明了第一個(gè)電池，稱為伏打電堆。該電池通過(guò)鋅板和銅板導(dǎo)電，電解質(zhì)為鹽水，兩極被浸泡在鹽水中的布料或紙板隔開。
如今的電池原理也大體相同。拆分電池可看出，一極是由金屬材質(zhì)構(gòu)成，比如鋰；另一極通常為碳棒。兩極之間也與伏特200年前所用的布隔板類似：用膠封的塑料塊隔開兩極，但仍可能有電子通過(guò)。
接線形成環(huán)路或通電后，電流經(jīng)過(guò)環(huán)路。像燈泡亮起、音響發(fā)聲或汽車解鎖發(fā)聲的瞬間。
當(dāng)今最受歡迎的、應(yīng)用最廣泛的是鋰離子充電電池，已有20來(lái)年的發(fā)展歷史。
據(jù)法國(guó)知名研究機(jī)構(gòu)Avicenne Energy估計(jì)，在1990年，隨著鋰離子電池的興起，世界電池需求量接近20萬(wàn)千瓦/小時(shí)，相當(dāng)于444億節(jié)Energizer Ultimate 5號(hào)鋰電池，連起來(lái)足夠繞地球57圈。2013年，電池需求量翻了一倍。
Lux Research公司預(yù)計(jì)稱，到2020年，僅設(shè)備供電的電池開銷費(fèi)用將達(dá)266億美元，同比今年上漲近30%。其中多數(shù)需求來(lái)自于手機(jī)和平板電腦，未來(lái)六年對(duì)電池的需求量漲幅將超過(guò)45%。交通工具的電池開銷，比如電動(dòng)車，將會(huì)增至209億美元。
電池市場(chǎng)利潤(rùn)如此豐厚，許多研究人員也在加緊研發(fā)步伐，但成果甚微。
再者，幾乎所有大型研發(fā)機(jī)構(gòu)都轉(zhuǎn)向研究電動(dòng)車和電網(wǎng)領(lǐng)域了。 比如科技巨頭IBM，在美國(guó)加州圣何塞市擁有一支科學(xué)家團(tuán)隊(duì)研發(fā)電池技術(shù)。2009年， IBM斥資50萬(wàn)美元打造“電池500”項(xiàng)目：研發(fā)一款電池，能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車500英里之遠(yuǎn)。能一次性從舊金山開到洛杉磯，還會(huì)有電量剩余。
該項(xiàng)目中的電池并非利用了鋰離子電池中常見(jiàn)的碳棒和其它金屬，他們稱之為鋰—空氣電池，原理是在容器內(nèi)注滿空氣，與金屬鋰相互作用產(chǎn)生電能。如果項(xiàng)目測(cè)試成功，該款新電池的重量要比普通電池輕一半。
但鋰—空氣電池有個(gè)限制條件：持續(xù)供能和重復(fù)充電要求注入沒(méi)有雜質(zhì)的純凈空氣。而我們呼吸的空氣往往有污染物和水分。IBM電池研究員Winfried Wilcke稱：“我們需要機(jī)器來(lái)凈化空氣，由此會(huì)增加電池的體積、重量及復(fù)雜度。”
麻省理工學(xué)院和德克薩斯大學(xué)的研究員們?cè)诳紤]硅、硫和鈉材料。但其中多數(shù)的研發(fā)首要考慮為汽車設(shè)計(jì)電池。要實(shí)現(xiàn)該技術(shù)為消費(fèi)電子產(chǎn)品供能尚需幾年。
在鋰離子電池的研發(fā)方面，今年七月斯坦福大學(xué)稱他們已設(shè)計(jì)出一款純鋰電池，能儲(chǔ)存更多能量，但仍有待完善。
某些科學(xué)家認(rèn)為電池的發(fā)展前景非常慘淡，舉步維艱。研究員Wilcke表示：“目前的研究沒(méi)有形成一定的數(shù)量級(jí)。”但加州 Imergy Power Systems電池公司Bill Watkins很樂(lè)觀：“永遠(yuǎn)不要低估拿著一大筆錢的一群高精尖人才。”
令人欣慰的是，這些電池公司并未躊躇不前，而是一邊等待新電池技術(shù)的來(lái)臨，一邊在努力拓展電池壽命。
蘋果公司的許多進(jìn)步得益于軟件。如2013年年底發(fā)布的 OS X Mavericks桌面操作系統(tǒng)：多屏顯示，輸出的信息可以在多個(gè)屏幕間顯示，各個(gè)屏幕間不會(huì)干擾，可以獨(dú)立操作。
蘋果還有一款“timers”軟件， 在電腦低能耗模式下，喚醒電腦芯片，以完成指定任務(wù)，與Mavericks操作系統(tǒng)結(jié)合使用，減少了處理器72%的活動(dòng)，讓電腦運(yùn)行更高效。
今年發(fā)布的OS X Yosemite加入了更多節(jié)能功能。用戶在MacBook Air上能擁有額外兩小時(shí)的電池續(xù)航，足以看一部1080p高清電影。
三星設(shè)計(jì)了“超級(jí)省電模式”功能，讓Galaxy S5 手機(jī)的電池續(xù)航上限達(dá)12.5天。該模式下，手機(jī)屏幕轉(zhuǎn)為灰黑界面，并限制app、通話、短信以及上網(wǎng)功能。
三星SDI公司目前嘗試著設(shè)計(jì)更安全、續(xù)航更強(qiáng)勁的電池。三星公司還在研究用固體材料取代封膠和液體隔層，減少炸裂風(fēng)險(xiǎn)，并計(jì)劃在2015年發(fā)布該系列電池。
同樣地，蘋果也在努力研發(fā)高能電池。2009年，Schiller 宣布MacBook的電池取得突破性進(jìn)展，原先的機(jī)身下的方形電池塊被像拼圖圖塊式的電池所取代，分布在機(jī)身空間內(nèi)。蘋果的這款電池設(shè)計(jì)也打破了老規(guī)矩，讓用戶能自行取出電池，也騰出了電池筒和保護(hù)殼的空間。
也許Schiller會(huì)稱之為革新，也許革新帶來(lái)的僅僅只有這些微小變化。
via cnet
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