12月4日消息據(jù)外媒報(bào)道，蘋果在2009年重新設(shè)計(jì)MacBook Pro時(shí)，采用了一種新型電池，使得電池壽命比前一款延長(zhǎng)了40%。這款筆記本電腦可以使用7個(gè)小時(shí)，足夠看兩遍《阿拉伯的勞倫斯》電影。蘋果營(yíng)銷總監(jiān)菲爾席勒稱這種電池是“革命性的”，但事實(shí)真的如此嗎？
過去20年發(fā)生的技術(shù)飛躍確實(shí)令人震驚。電腦從實(shí)用的盒子變成了金屬和玻璃組成的線條清晰的長(zhǎng)方形，小到可以放在口袋里。如今的設(shè)備強(qiáng)多了，新型智能手表的計(jì)算能力比阿波羅登月飛船還要強(qiáng)。然而，電池是另一回事。
盡管從蘋果到三星等消費(fèi)電子產(chǎn)品制造商已經(jīng)投入了數(shù)百萬美元的研究資金，以使設(shè)備具有更長(zhǎng)的電池壽命，但這項(xiàng)技術(shù)本身無法在未來幾年經(jīng)歷翻天覆地的變化。但這不會(huì)減緩高度依賴電池的小玩意數(shù)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)。
電池技術(shù)為何停滯不前，一直是研究者探討的話題之一。很多人說我們已經(jīng)達(dá)到了科學(xué)的極限。不管真正的原因是什么，消費(fèi)者都需要盡一切努力有效利用需要電池供電的設(shè)備。
兩條進(jìn)化路線
為了了解具體情況，我們必須考慮三個(gè)問題：電池制造商在過去、現(xiàn)在和未來面臨的挑戰(zhàn)。美國(guó)先進(jìn)電池初創(chuàng)公司Envia的聯(lián)合創(chuàng)始人兼業(yè)務(wù)發(fā)展負(fù)責(zé)人Michael sheen Sinkula發(fā)現(xiàn)，1995年電池中儲(chǔ)存的能量并沒有發(fā)生明顯變化，直到十多年后，2007年電池中儲(chǔ)存的能量才翻了一番。此后，電池能量的增加從未超過30%。Envia認(rèn)為，大多數(shù)電池儲(chǔ)存的能量可能要到2021年才會(huì)翻倍。
然而，一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)筆記本電腦最多可以運(yùn)行10個(gè)小時(shí)。為什么呢？一般來說，科技進(jìn)步來自兩個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)力：不斷縮小每個(gè)組件的規(guī)模和不斷改進(jìn)管理所有組件的軟件。電腦的大腦是它的微處理器，芯片可以進(jìn)行必要的復(fù)雜計(jì)算，用于繪圖或幫助臉書更新你朋友的生日狀態(tài)。在過去的幾十年里，該行業(yè)一直在努力縮小處理器的尺寸。隨著它們變得越來越小，消耗的能量也越來越少，所以電池壽命也越來越長(zhǎng)。
但是電池是另一回事。本質(zhì)上，它們是金屬和化學(xué)物質(zhì)的集合。連接電池意味著會(huì)有電流流過?；瘜W(xué)過程中的一個(gè)問題是，你做的越小，你得到的越好。你可以把它想象成一瓶飲料：杯子里的啤酒越少，你能喝的啤酒就越少。
在此之前，主要的電池開發(fā)是由于新材料的使用。當(dāng)材料由鎳轉(zhuǎn)變?yōu)殇嚱饘贂r(shí)，消費(fèi)電子產(chǎn)品的電池壽命大大延長(zhǎng)。磷酸鐵鋰之父、現(xiàn)代電池發(fā)展的重要科學(xué)家約翰約翰古德托教授說，目前的研究主要集中在提高鋰電池的壽命上。“元素周期表非常有限，”古德伊夫斯說，因此進(jìn)步和提升變得越來越困難。
與1979年古德伊夫斯宣布一項(xiàng)突破使現(xiàn)代電池成為可能相比，研究電池問題的科學(xué)家人數(shù)顯然更多。然而，可以測(cè)試和研究的新材料很少。
智能手機(jī)可以連續(xù)使用一周，而不是一天。需要的是完全創(chuàng)新的技術(shù)，還沒有出現(xiàn)。Goodeves認(rèn)為，“延長(zhǎng)電池壽命的下一個(gè)策略仍然未知?！?
鋰電池之路
現(xiàn)代電池可以追溯到18世紀(jì)，當(dāng)時(shí)科學(xué)家意外發(fā)現(xiàn)了一種處理靜電的方法。——將金屬棒插入裝滿鹽水的瓶子中，并在兩端涂上箔片。用一只手觸摸瓶子的外部，用金屬棒觸摸瓶子的另一端，可以體驗(yàn)到觸電的感覺。
在《電池：便攜式電源如何引發(fā)了一場(chǎng)技術(shù)革命》一書中，亨利施萊辛格描述了科學(xué)家們是如何研究這種叫做萊頓瓶的裝置的。最著名的發(fā)明家之一是詩(shī)人珀西比希珀西比希雪萊。年輕的雪萊在姐姐的幫助下做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。他的靈感還來自他的妻子瑪麗雪萊，她在她的小說《弗蘭肯斯坦》中用電作為主要的情節(jié)設(shè)計(jì)。
小說《弗蘭肯斯坦》出版后不久，安納塔的亞歷山德羅沃爾特發(fā)明了第一個(gè)廣泛使用的電池伏打堆，即電池用浸有鹽水的紙板或布層層疊放在銅板和鋅板之間。
今天的電池沒有太大變化。切開電池內(nèi)部，可以看到一種金屬材質(zhì)，比如鋰，另一種材質(zhì)(通常是碳)。這兩種材料之間類似于Volt 200年前使用的布料：——塑料包裹在液體或膠體中，旨在防止金屬之間的相互作用，讓原子自由移動(dòng)。
當(dāng)電池一端的導(dǎo)線接觸另一端的導(dǎo)線時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)回路，電子就會(huì)移動(dòng)，從而產(chǎn)生電流，使燈泡發(fā)光、發(fā)出立體聲或鎖車門。對(duì)于目前的電子設(shè)備，最流行的充電電池，鋰離子電池，已經(jīng)廣泛使用了20多年。
市場(chǎng)快速增長(zhǎng)
是電池技術(shù)的命脈。據(jù)歐洲知名研究機(jī)構(gòu)法國(guó)AvicenneEnergy估算，1990年，隨著鋰離子電池大量涌入市場(chǎng)，全球?qū)﹄姵氐男枨罅扛哌_(dá)200萬兆瓦時(shí)。這相當(dāng)于444億個(gè)功率極限AA鋰電池，足以繞地球57圈。20年后，也就是2013年，這個(gè)需求翻了一番。
市場(chǎng)研究公司Lux Research預(yù)測(cè)，到2020年，僅驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的電池成本就將高達(dá)266億美元，較2014年增長(zhǎng)約30%。大部分需求來自智能手機(jī)和平板電腦。
腦，預(yù)計(jì)兩者在未來6年將增加45%。用于交通，例如汽車的電池花費(fèi)將翻倍，高達(dá)209億美元。考慮到如此巨額的消費(fèi)，研究人員正在努力改善電池壽命。即便如此，可以物質(zhì)化的突破性進(jìn)展寥寥無幾。此外，幾乎所有的主要研究首先都關(guān)注于在汽車和電網(wǎng)方面的應(yīng)用。
科技巨頭，例如IBM，在加州圣何塞的阿爾馬登研究中心擁有一支專門研發(fā)電池技術(shù)的科學(xué)家小組。2009年，IBM投資了50萬美金要求幾名研究人員開發(fā)Battery 500項(xiàng)目：旨在打造一塊可以支持汽車跑500英里的電池，這意味著一次充電汽車就可以從舊金山行駛到洛杉磯，中途還能繞到沙灘上休息一會(huì)。
這一項(xiàng)目的關(guān)鍵是所謂的鋰空氣電池(The lithium-air battery)，這種電池并不是依賴碳和其它金屬，而是以鋰離子為主，IBM和他的合作伙伴相信他們能夠創(chuàng)造一種充滿空氣的容器，后者能夠與鋰發(fā)生相互作用從而產(chǎn)生電流。如果他們是正確的，那么這種空氣電池的重量或可能減輕一半。
但其中存在一個(gè)問題：為了實(shí)現(xiàn)能量的可持續(xù)和再充電過程，你必須獲得純凈的空氣，但我們現(xiàn)在呼吸的空氣充滿了污染物和水?！澳阈枰獧C(jī)械裝置凈化空氣?！?IBM電池項(xiàng)目負(fù)責(zé)人溫弗里德·維爾克(Winfried Wilcke)說道。這意味著這將增加電池的大小、重量和復(fù)雜性。
其它的科學(xué)家，包括來自美國(guó)麻省理工學(xué)院和德克薩斯州大學(xué)的研究人員，都在考慮使用其它材料，例如硅、硫和鈉。然而很多相關(guān)的研究和開發(fā)都是針對(duì)汽車設(shè)計(jì)。將這種技術(shù)應(yīng)用于消費(fèi)性電子產(chǎn)品可能還需要再多等幾年。
有些消極的科學(xué)家描繪了一幅較為悲慘的前景，他們認(rèn)為我們已經(jīng)達(dá)到了電池能力的極限。而其他人，例如美國(guó)加州電池初創(chuàng)企業(yè)Imergy Power Systems首席執(zhí)行官比爾·沃特金斯(Bill Watkins)，則對(duì)電池的前景持樂觀態(tài)度。“從來都不要低估一群擁有足夠科研資金的博士們的能力?！?沃特金斯這樣說道。
