2014年9月,蘋果公司發(fā)布了新一代iPhone,和此前歷代產(chǎn)品一樣,這款最新的智能設(shè)備,處理器和圖形芯片性能又獲得了大幅度提升。
然而,蘋果及其他手機(jī)制造商從來不會(huì)在發(fā)布會(huì)上提及,有一個(gè)組件多年來一直沒有變化,那就是鋰電池。
不管是智能手機(jī)、平板電腦,還是如今異常火爆的特斯拉電動(dòng)車,所有電子設(shè)備使用的鋰電池技術(shù),和1991年索尼公司發(fā)布的首個(gè)商用鋰離子電池并無本質(zhì)差別。
在過去的23年時(shí)間里,人們并非毫無創(chuàng)新,全球各地的研究人員從未放棄研發(fā)新型電池技術(shù)。2014年更是取得了一系列突破,在充電效率、電池容量、發(fā)熱冷卻等方面,傳統(tǒng)的鋰電池也已經(jīng)表現(xiàn)得越來越好,很多新的電池技術(shù)似乎也已經(jīng)看到了商用曙光。
但直到現(xiàn)在,電池的使用時(shí)間仍然很難讓人滿意,電池技術(shù)依舊是所有電子設(shè)備進(jìn)化的最大瓶頸,而且從產(chǎn)業(yè)化的角度來看,電池技術(shù)距離革命性突破,仍有一段不小的距離。
魚和熊掌不能兼得
電池技術(shù)為何難以出現(xiàn)革命性突破?主力軍鋰離子電池到底出了什么問題?
鋰的原子序數(shù)是3,這意味著它有三個(gè)質(zhì)子,是最輕的堿金屬元素,這讓它成為已知材料中最適合用來制備可移動(dòng)電池正極的材料。
當(dāng)然,除了鋰,鋰電池中還包括磷酸鐵、錳、石墨、鈦酸鹽等其他金屬和非金屬材料。和更早的鎳電池相比,鋰電池更小、更輕、能量密度更高,用了不到15年時(shí)間就替代鎳電池,成為當(dāng)下主流的電子設(shè)備電池技術(shù)。
但其也存在不少問題,最主要的是發(fā)熱。鋰電池充電和放電的過程中,在高密度的空間內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。
對于智能手機(jī)等小型電子設(shè)備來說,由于容量限制,發(fā)熱帶來的麻煩還不算大,依靠手機(jī)內(nèi)部的導(dǎo)熱設(shè)計(jì)基本能解決散熱問題,但對于特斯拉電動(dòng)車這種底盤鋪滿數(shù)千塊鋰電池的大家伙,就必須采取相應(yīng)的冷卻措施。
這就是為什么幾乎所有電動(dòng)汽車或者混合動(dòng)力汽車的鋰電池組上,都附帶了體積龐大的液態(tài)冷卻設(shè)備,不過即便如此,某些電動(dòng)車電池爆炸起火的事故還是時(shí)有出現(xiàn)。
鋰電池中鋰離子的數(shù)量是固定的,想要更長久的電池使用時(shí)間,就必須增加電池?cái)?shù)量,但這又意味著更重的設(shè)備、更大的發(fā)熱量以及更高的過熱爆炸可能性。如果想要更安全或者更便攜,就必須犧牲電池?cái)?shù)量和使用時(shí)間。