电池技术为何停滞不前？革新技术尚未出现？

12月4日消息据外媒报道，苹果在2009年重新设计MacBook Pro时，采用了一种新型电池，使得电池寿命比前一款延长了40%。这款笔记本电脑可以使用7个小时，足够看两遍《阿拉伯的劳伦斯》电影。苹果营销总监菲尔席勒称这种电池是“革命性的”，但事实真的如此吗？

过去20年发生的技术飞跃确实令人震惊。电脑从实用的盒子变成了金属和玻璃组成的线条清晰的长方形，小到可以放在口袋里。如今的设备强多了，新型智能手表的计算能力比阿波罗登月飞船还要强。然而，电池是另一回事。

尽管从苹果到三星等消费电子产品制造商已经投入了数百万美元的研究资金，以使设备具有更长的电池寿命，但这项技术本身无法在未来几年经历翻天覆地的变化。但这不会减缓高度依赖电池的小玩意数量的增长趋势。

电池技术为何停滞不前，一直是研究者探讨的话题之一。很多人说我们已经达到了科学的极限。不管真正的原因是什么，消费者都需要尽一切努力有效利用需要电池供电的设备。

两条进化路线

为了了解具体情况，我们必须考虑三个问题：电池制造商在过去、现在和未来面临的挑战。美国先进电池初创公司Envia的联合创始人兼业务发展负责人Michael sheen Sinkula发现，1995年电池中储存的能量并没有发生明显变化，直到十多年后，2007年电池中储存的能量才翻了一番。此后，电池能量的增加从未超过30%。Envia认为，大多数电池储存的能量可能要到2021年才会翻倍。

然而，一台标准笔记本电脑最多可以运行10个小时。为什么呢？一般来说，科技进步来自两个独立的驱动力：不断缩小每个组件的规模和不断改进管理所有组件的软件。电脑的大脑是它的微处理器，芯片可以进行必要的复杂计算，用于绘图或帮助脸书更新你朋友的生日状态。在过去的几十年里，该行业一直在努力缩小处理器的尺寸。随着它们变得越来越小，消耗的能量也越来越少，所以电池寿命也越来越长。

但是电池是另一回事。本质上，它们是金属和化学物质的集合。连接电池意味着会有电流流过。化学过程中的一个问题是，你做的越小，你得到的越好。你可以把它想象成一瓶饮料：杯子里的啤酒越少，你能喝的啤酒就越少。

在此之前，主要的电池开发是由于新材料的使用。当材料由镍转变为锂金属时，消费电子产品的电池寿命大大延长。磷酸铁锂之父、现代电池发展的重要科学家约翰约翰古德托教授说，目前的研究主要集中在提高锂电池的寿命上。“元素周期表非常有限，”古德伊夫斯说，因此进步和提升变得越来越困难。

与1979年古德伊夫斯宣布一项突破使现代电池成为可能相比，研究电池问题的科学家人数显然更多。然而，可以测试和研究的新材料很少。

智能手机可以连续使用一周，而不是一天。需要的是完全创新的技术，还没有出现。Goodeves认为，“延长电池寿命的下一个策略仍然未知。”

锂电池之路

现代电池可以追溯到18世纪，当时科学家意外发现了一种处理静电的方法。——将金属棒插入装满盐水的瓶子中，并在两端涂上箔片。用一只手触摸瓶子的外部，用金属棒触摸瓶子的另一端，可以体验到触电的感觉。

在《电池：便携式电源如何引发了一场技术革命》一书中，亨利施莱辛格描述了科学家们是如何研究这种叫做莱顿瓶的装置的。最著名的发明家之一是诗人珀西比希珀西比希雪莱。年轻的雪莱在姐姐的帮助下做了一个实验。他的灵感还来自他的妻子玛丽雪莱，她在她的小说《弗兰肯斯坦》中用电作为主要的情节设计。

小说《弗兰肯斯坦》出版后不久，安纳塔的亚历山德罗沃尔特发明了第一个广泛使用的电池伏打堆，即电池用浸有盐水的纸板或布层层叠放在铜板和锌板之间。

今天的电池没有太大变化。切开电池内部，可以看到一种金属材质，比如锂，另一种材质(通常是碳)。这两种材料之间类似于Volt 200年前使用的布料：——塑料包裹在液体或胶体中，旨在防止金属之间的相互作用，让原子自由移动。

当电池一端的导线接触另一端的导线时，就会产生一个回路，电子就会移动，从而产生电流，使灯泡发光、发出立体声或锁车门。对于目前的电子设备，最流行的充电电池，锂离子电池，已经广泛使用了20多年。

市场快速增长

是电池技术的命脉。据欧洲知名研究机构法国AvicenneEnergy估算，1990年，随着锂离子电池大量涌入市场，全球对电池的需求量高达200万兆瓦时。这相当于444亿个功率极限AA锂电池，足以绕地球57圈。20年后，也就是2013年，这个需求翻了一番。

市场研究公司Lux Research预测，到2020年，仅驱动电子设备的电池成本就将高达266亿美元，较2014年增长约30%。大部分需求来自智能手机和平板电脑。

脑，预计两者在未来6年将增加45%。用于交通，例如汽车的电池花费将翻倍，高达209亿美元。

考虑到如此巨额的消费，研究人员正在努力改善电池寿命。即便如此，可以物质化的突破性进展寥寥无几。此外，几乎所有的主要研究首先都关注于在汽车和电网方面的应用。

科技巨头，例如IBM，在加州圣何塞的阿尔马登研究中心拥有一支专门研发电池技术的科学家小组。2009年，IBM投资了50万美金要求几名研究人员开发Battery 500项目：旨在打造一块可以支持汽车跑500英里的电池，这意味着一次充电汽车就可以从旧金山行驶到洛杉矶，中途还能绕到沙滩上休息一会。

这一项目的关键是所谓的锂空气电池(The lithium-air battery)，这种电池并不是依赖碳和其它金属，而是以锂离子为主，IBM和他的合作伙伴相信他们能够创造一种充满空气的容器，后者能够与锂发生相互作用从而产生电流。如果他们是正确的，那么这种空气电池的重量或可能减轻一半。

但其中存在一个问题：为了实现能量的可持续和再充电过程，你必须获得纯净的空气，但我们现在呼吸的空气充满了污染物和水。“你需要机械装置净化空气。” IBM电池项目负责人温弗里德·维尔克(Winfried Wilcke)说道。这意味着这将增加电池的大小、重量优艾设计网_PS交流和复杂性。

其它的科学家，包括来自美国麻省理工学院和德克萨斯州大学的研究人员，都在考虑使用其它材料，例如硅、硫和钠。然而很多相关的研究和开发都是针对汽车设计。将这种技术应用于消费性电子产品可能还需要再多等几年。

有些消极的科学家描绘了一幅较为悲惨的前景，他们认为我们已经达到了电池能力的极限。而其他人，例如美国加州电池初创企业Imergy Power Systems首席执行官比尔·沃特金斯(Bill Watkins)，则对电池的前景持乐观态度。“从来都不要低估一群拥有足够科研资金的博士们的能力。” 沃特金斯这样说道。