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想让iPhone续航时间翻倍?有三个问题要搞定

2015-6-1 10:11| 发布者: alvin| 查看: 340| 评论: 0 |来自: 腾讯网

导读: 必须寻找能量密度更大的电池,电池的使用周期也是需要考虑的一个因素,还要寻找可以容纳更多离子的新物质。

充电


人们不禁在想:当下的智能手机能完成叫车、上网买吃的、视频电话以及计步等诸多功能,但为何解决不了电池续航时间较短的问题?


我们在感概这些设备高度智能化之余,也为其续航能力深感苦恼。为何就没有人研发出一款性能更好的手机电池?


美国劳伦斯伯克利国家实验室能量存储和分布式资源部门负责人温卡特•斯里尼瓦桑(Venkat Srinivasan)表示:“要拥有续航能力达到一周或更长时间的电池,你就必须寻找能量密度更大的电池,这也是目前探索的关键所在。”


能量密度指的就是存储在一块电池中的能量数量。为了使得智能手机和平板电脑中的电池续航能力提高到一周的水平,研究人员就必须在未来两年中将能量密度提高一倍。


近来针对手机电池的研究使得能量密度能够每年提高5%至6%,换算下来就是将这些电子设备的续航能力延长数小时。


斯里尼瓦桑表示:“我并不认为有一种新技术明天就会出现,能将电池能量密度提高一倍。如果这项技术诞生的话,将把我们带入一个全新的阶段。”


电池领域的突破性发展相对而言较为少见,最近的一次出现在上世纪90年代,当时出现了可以多次充电的锂电池产品。SLAC国家加速器实验室(SLAC National Accelerator Laboratory)材料科学家迈克尔•托尼(Michael Toney)指出:“电池是非常复杂的研究对象,其复杂程度使得难以实现某种可持续的性能提升。”


不过,托尼认为在未来五年时间里将iPhone续航时间延长一倍在理论上也并不是完全不可行的,但是要到达那个水平必须有一个飞跃式的发展。


托尼目前参与了一个科研团队的研究。该团队通过对电池充电和放电进行观察,以便更好地预测电池的续航时间,并进一步寻找可能提升电池性能的技术。


除了提升电池两次充电间隔的时长外,电池的使用周期也是需要考虑的一个因素。


一些电池在充电数百次后,其容量水平往往不及其原始水平。当一款电池充好电时其容量只有原始水平的80%时,我们就可以判断这款电池的使用周期到头了。


据苹果公司称,iPhone在充电500次后,其电池就只剩下80%的容量了, MacBook和iPad相对较强,可以反复充电1000次左右。


针对未来电池的提升不仅要优化电池内的能量存储,针对其便携性、重量以及大小也有要求。为了找到一款更强悍、但体积又较小的电池,我们可以尝试寻找一种可以容纳更多离子的新物质。


我们目前手机和笔记本电脑使用的大多是锂离子电池,通常人们称其为锂电池,它主要依靠锂离子在阳极和阴极之间移动来工作。


此前有研究称,可以用硅替代石墨作为可充电锂离子电池内的阳极,借此可研制出持续时间更长且性能更强的电池。


斯里尼瓦桑表示:“我们不会一下子把硅大量放入电池中,并希望其有效果,这样的方式行不通。于是,我们只能将硅一点点加入到现有的电池产品中。”


这一方法背后的逻辑是,一点点使用硅提升电池的能量密度,直到硅较石墨达到了一个显著相对多数的比例。


阴极方面,硫磺最有可能取代目前电池中所使用的金属氧化物,例如氧化钴。另据斯里尼瓦桑所言,另一个方面的改进则是使用镁替代目前的锂。根据最新的研究,镁的充电速度是锂的两倍,其充电次数也是后者的两倍。此外,另一种可能取代锂的金属是铝,其充电次数是锂电子的三倍。


不过,这些材料目前仍处于实验室的探索阶段,在引入市场被广泛使用之前还需要相当长的一段时间。


研究人员还在探索通过简化不存储能量的零配件以提升电池性能,通过减少零配件使得有用部门的部件做得更大,提升能量密度,但也使得消费者充一次电能使用得更久。


很多国家级实验室以及研究机构在研究突破性电池技术方面得到了资金支持,但这些资金的大部分用于支持电动汽车的研究,而非移动设备。


不过,由于在研发电动汽车的过程中,电池的能量密度、使用周期以及安全性都是非常重要的部分,因此一些技术可能也被移植到移动设备上。


不过在技术移植上还有一笔复杂的经济账。对于移动设备,电池的成本通常较低,而对于一辆电动车而言,电池占据很大一部分成本。此外,广泛用在手机电池中的氧化钴要是用在汽车电池中,那成本就太高了。


再者,不含有任何液态零部件的固态电池以后可能是电动汽车的主力配置。不过,据加拿大滑铁卢大学的化学家琳达•纳扎尔(Linda Nazar)表示,这种技术对于移动设备而言目前还没有步入研发阶段,这其中有经济的问题,牵涉到研究经费,但也有安全方面的考虑。


纳扎尔说:“当你把这么多能量装入一个小口袋中,安全问题就不得不考虑。” 纳扎尔同时也指出,固态电池的最新研究成果尚无法应用到移动电池上。不过,近年来,移动设备电池的性能也有所提升,在笔记本电脑上配备高性能电池能使用户有机会完成更多的工作。


事实上,研究人员确实在移动设备电池研发方面取得了进展,只是速度太慢,几乎不被人察觉。纳扎尔说:“与两年前相比,现在大家关注的是更加快速的处理器以及更加明亮的显示屏。对于移动设备而言,电池性能肯定有提升,可能只是人们没有发觉罢了。”


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