過去 20 年間發(fā)生的科技飛躍實在令人瞠目結(jié)舌。計算機已經(jīng)從功利主義的盒子轉(zhuǎn)變?yōu)橛山饘俸筒ＡЫM成的線條明朗的矩形，且小到能夠放在口袋里?，F(xiàn)在的設(shè)備要強大得多，一款新型智能手表的計算能力比阿波羅登月飛船的都要強大。然而，電池是另外一回事。
　　即便消費者電子產(chǎn)品制造商，從蘋果到三星，為了讓設(shè)備擁有更長的電池壽命投資了上百萬美元的科研資金，科技本身卻無法在未來幾年就發(fā)生翻天覆地的變化。但這并不會減緩高度依賴電池的小配件數(shù)量不斷上升的趨勢。
　　為什么電池技術(shù)停滯不前一直是研究人員討論的話題之一，很多人表示我們已經(jīng)到達科學的極限。無論真正的原因是什么，消費者將需要竭盡全力高效利用需要電池驅(qū)動的設(shè)備。
　　兩條進化路線
　　為了理解具體的情況，我們必須考慮三個問題：電池制造商的過去、現(xiàn)在以及未來面臨的挑戰(zhàn)。美國加州高級電池初創(chuàng)企業(yè)恩維亞公司的聯(lián)合創(chuàng)始人和業(yè)務(wù)開發(fā)主管邁克爾 · 辛庫拉 ( Michael Sinkula ) 發(fā)現(xiàn) 1995 年電池里存儲的能量一直未發(fā)生特別顯著的變化，直到十多年后 2007 年電池存儲的能量才翻了一倍。自那時起，電池能量的增加從未超過 30%。恩維亞相信直到 2021 年大多數(shù)電池存儲的能量可能都不會翻倍。
　　然而，一臺標準的手提電腦可以運行長達 10 小時，這是為什么呢？一般來說科技進步源于兩個單獨的推動力：不斷地縮小每一個零部件的大小和不斷改善管理所有部件的軟件。一臺電腦的大腦是它的微處理器，芯片可以為繪制圖片，或者輔助 Facebook 更新你好友的生日狀態(tài)進行必要的復(fù)雜計算。在過去的幾十年，工業(yè)界一直在努力縮小處理器的體積。隨著它們變得越來越小，它們所消耗的能量越來越少，因此電池壽命越來越長。
　　但電池另當別論。本質(zhì)上來說，它們是金屬和化學物質(zhì)的集合。連通電池意味著會有電流經(jīng)過。而化學過程面臨的一個問題便是做的越小并不意味著變得越好。你可以設(shè)想它為一瓶飲料：杯子里裝的啤酒越少，你能夠喝到的啤酒也就越少。
　　在此之前，主要的電池發(fā)展都源于使用了新材料。當材料從鎳轉(zhuǎn)化為金屬鋰后，消費性電子產(chǎn)品的電池壽命極大的延長了。磷酸鋰鐵之父、現(xiàn)代電池發(fā)展的一名重要科學家約翰 · 古德伊夫 ( John Goodenough ) 教授表示，現(xiàn)在的研究主要關(guān)注于改善鋰電池的壽命。" 元素周期表非常有限，" 古德伊夫說道，因此進步和提升變得越來越困難。
　　與 1979 年古德伊夫宣布取得了突破性進展使得現(xiàn)代電池變?yōu)榭赡艿臅r期相比，現(xiàn)在研究電池問題的科學家數(shù)量明顯要更多，然而，可以試驗和研究的新材料卻已經(jīng)匱乏。
　　智能手機能夠持續(xù)使用一周——而非只維持一天——所要求的是徹底革新的科技，而這樣的技術(shù)目前尚未出現(xiàn)。古德伊夫認為 " 延長電池壽命的下一個策略目前還是未知數(shù)。"
　　通往鋰電池的道路
　　現(xiàn)代電池追溯到 18 世紀，當時科學家們意外發(fā)現(xiàn)了一種處理靜電的方法——將金屬棒插入內(nèi)部裝滿鹽水、兩端涂有箔層的瓶子。用一只手接觸瓶子外部，而金屬棒接觸瓶子另一端，你就能體驗觸電的感覺了。
　　在《電池：便攜式電源如何引發(fā)了一場技術(shù)革命》一書中，亨利 · 施萊辛格（Henry Schlesinger）描述了科學家們?nèi)绾窝芯窟@種名為萊頓瓶的設(shè)備。其中非常著名的發(fā)明家是詩人珀西 · 比希 · 雪萊（Percy Bysshe Shelley）。年輕時的雪萊在妹妹的幫助下進行了實驗。他還得到了妻子瑪麗 · 雪萊的啟發(fā)，后者在自己創(chuàng)作的小說《弗蘭肯斯坦》里將電作為主要的情節(jié)設(shè)計。
　　就在小說《弗蘭肯斯坦》出版后不久，安納塔西歐 · 伏特（Alessandro Volta）發(fā)明了第一個被廣泛使用的電池伏打電堆，就是在銅板和鋅板中間夾上用鹽水浸過的卡紙或布片，一層一層堆起來的蓄電池。
　　當今的電池并未發(fā)生巨大的變化。切開電池內(nèi)部，你可以看見由金屬，例如鋰制成的一種材料，和另一種材料（一般是碳）。兩種材料之間是某種類似于伏特 200 年前使用的布片的物質(zhì)——由液體或者膠體包裹的塑料，目的是防止金屬發(fā)生相互作用，同時能夠讓原子自由移動。
　　當電池一端的金屬絲與另一端的相接觸，就產(chǎn)生了回路，電子會移動，從而產(chǎn)生電流，導(dǎo)致燈泡發(fā)光、立體聲音響發(fā)聲或者鎖上汽車車門。對現(xiàn)在的電子設(shè)備而言，最流行的可充電電池鋰離子電池已經(jīng)被廣泛使用了 20 多年。
　　市場快速增長
　　電池是科技的命脈。根據(jù)歐洲知名研究機構(gòu)法國 AvicenneEnergy 的估計， 1990 年，隨著鋰離子電池涌入市場，全世界對電池的需求高達 200000 萬兆瓦時。這相當于 444 億個勁量極限 AA 鋰電池，足以環(huán)繞地球 57 次。截止 20 年后，也就是 2013 年，這一需求已經(jīng)翻倍。
　　市場研究公司 Lux Research 預(yù)測截止 2020 年，僅用于驅(qū)動電子設(shè)備的電池花費將高達 266 億美元，比 2014 年大約增長了 30%。大多數(shù)需求來自智能手機和平板電腦，預(yù)計兩者在未來 6 年將增加 45%。用于交通，例如汽車的電池花費將翻倍，高達 209 億美元。
　　考慮到如此巨額的消費，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。
　　這一項目的關(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。
　　但其中存在一個問題：為了實現(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。" 你需要機械裝置凈化空氣。" IBM 電池項目負責人溫弗里德 · 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。
　　其它的科學家，包括來自美國麻省理工學院和德克薩斯州大學的研究人員，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)都是針對汽車設(shè)計。將這種技術(shù)應(yīng)用于消費性電子產(chǎn)品可能還需要再多等幾年。
　　有些消極的科學家描繪了一幅較為悲慘的前景，他們認為我們已經(jīng)達到了電池能力的極限。而其他人，例如美國加州電池初創(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。
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