智能手機電池的未來：更輕更小充電速度更快

　　廣大的智能手機用戶如今早已習(xí)慣了每晚睡前給手機充電，否則第二天的使用肯定會受到影響。由于鋰離子電池無法跟上智能手機在屏幕尺寸和性能上的增長，很少有旗艦手機能堅持超過一天的頻繁使用。電池技術(shù)為何會成為智能手機的短板？它在未來又能有多大的進(jìn)步空間？

　　在目前智能手機的可充電電池當(dāng)中，鋰元素是存在于電解液而非陽極當(dāng)中的，這也就限制了電池的能效和壽命。如果可以研發(fā)出鋰陽極，那我們的電池就能變得更輕、更小、更耐久，充電速度也會更快。

　　鋰離子電池的陽極目前都是由石墨制成的，科學(xué)家認(rèn)為，這種材質(zhì)的能力如今已經(jīng)抵達(dá)了極限。硅和鋰金屬都是石墨的潛在替代物，還有一些研發(fā)團隊在觀察使用硫磺作為陽極的可能性。但是，陽極材質(zhì)的更換并沒有看上去那么簡單，有的材質(zhì)存在潛在的危險性，另外一些則只能堅持?jǐn)?shù)百個充電循環(huán)。事實是，我們今天所使用的鋰離子電池實際就是現(xiàn)代科學(xué)目前的最高水平。

　　除了手機之外，這個問題同樣也在拖累電動輪船、汽車和飛機的發(fā)展。因為即便體積增大，鋰離子電池也并不十分效率。至于電池技術(shù)下一步要如何發(fā)展，這個問題目前還難以回答。尖端領(lǐng)域的科學(xué)家正在嘗試當(dāng)中不斷學(xué)習(xí)，這也就是為什么每年都有許多超級電池技術(shù)的來了又去。

　　簡而言之，電池技術(shù)是一門非常復(fù)雜的學(xué)科，即便匯集了世界上最聰明的頭腦，但它的發(fā)展依然非常緩慢，我們也不會看到憑空出現(xiàn)的開創(chuàng)性電池項目。在我們看到的許多有關(guān)電池技術(shù)突破的報道和文獻(xiàn)當(dāng)中，都包含著某種化學(xué)調(diào)整，目的是在更長的時間內(nèi)從相同的電池當(dāng)中獲取更多的電能。這類小幅度的創(chuàng)新并不會吸引到多么大的關(guān)注，但他們的重要性卻要比什么柔性手機或者智能手表高得多。

　　Amprius就是一家正在研究這一問題的公司。由于在陽極當(dāng)中加入了硅，他們所研發(fā)的電池可存儲的電能相比目前的電池提升了50%。

　　與此同時，加州大學(xué)河濱分校（UCR）的研究者正在使用納米級的創(chuàng)新材料來提升電池的壽命和體積，并縮短其充電時間。UCR在去年曾經(jīng)介紹過一個非常有趣的項目：使用沙子將電池續(xù)航延長2-3倍。但這項技術(shù)目前仍處于初期階段，還有大量的研究需要進(jìn)行。

　　Sakti3也是電池研究領(lǐng)域里的一家知名技術(shù)公司。他們在最近因獲得了來自詹姆斯·戴森的投資而名聲大噪，但外界還并不清楚其技術(shù)的具體細(xì)節(jié)。有消息稱，Sakti3的技術(shù)會將電池內(nèi)部的某些液態(tài)化學(xué)物質(zhì)替換成固態(tài)的，從而達(dá)到能效的大大提升。

　　尋找平衡

　　即便科學(xué)家們在電池設(shè)計的某個領(lǐng)域里取得了進(jìn)步，但這可能會被該技術(shù)的其他層面所限制或否定，這也就是為什么電池技術(shù)的發(fā)展會如此緩慢。在電池技術(shù)本身獲得任何實質(zhì)性發(fā)展之前，我們只能通過提升軟件和硬件節(jié)能性的方式來延長續(xù)航。

　　不過微軟有另外一種思路。他們的研究團隊將智能手機電池一分為二，并讓其中一塊負(fù)責(zé)突增的電能消耗，另一塊負(fù)責(zé)平時的使用。根據(jù)早期測試，這種方式可將續(xù)航能力提升20-50%。

　　新加坡南陽理工學(xué)院的研究者們也沒有閑著。他們最新研發(fā)的電池使用了二氧化鈦凝膠作為陽極，這種材質(zhì)的變化雖然在提升續(xù)航方面的效果并不明顯，但卻可以大幅加快電池的充電速度，并增加它們可以承受的充電循環(huán)次數(shù)。

　　在未來至少2年的時間里，我們依然需要每晚對手機進(jìn)行充電，但世界上有大批的研究者都在想辦法提升電池的性能，并且他們已經(jīng)取得了進(jìn)步。