電池技術為何沒能像芯片一樣快速發展,電池技術何時能有突破?

​電池技術為什麼停滯不前?

現在智能手機的電池電量很難撐過一天,但是在功能機時代滿電續航時間通常都在2-3天甚至更長。為何智能手機性能越來越強,但是電池技術卻停滯不前?

我們知道,現在的智能手機包括其他大部分數碼產品都是採用了鋰電池。由於鋰離子是最輕的鹼金屬元素,擁有著更小、更輕、能量密度更高的特性,所以迅速取代了鎳電池。鋰電池在上世紀70年代左右被髮明出來,到了90年代,索尼生產出第一塊能被商用的鋰電池;接著到了21世紀初,鋰電池被大規模用於手機、筆記本等智能設備。

電池技術為何沒能像芯片一樣快速發展,電池技術何時能有突破?

在鋰電池的構成物質中,有磷酸鐵、錳、石墨、鈦酸鹽等其他金屬和非金屬材料,但只有靠著“鋰離子”這個元素在正、負極中的嵌入與脫出,才可實現電能與化學能的相互轉化,最終完成充放電過程。

然而,鋰電池的技術進步發展緩慢。

目前鋰離子電池在能量密度、高低溫特性、倍率性能上,都遠遠高於鉛酸、鎳氫電池,但還是難以滿足快速增長的電子產品、電動汽車等長續航需求。

鋰電池的原理非常簡單,就是正極、負極依賴於氧化還原反應,帶電的鋰離子在電解液中來回穿梭。想要增加手機的續航能力,那就要想辦法增加鋰電池的能量密度,但能量密度和鋰元素本身有很大的關係,在鋰元素不變的基礎上,只有不斷更換電解液和正極材料才能勉強將電池的續航能力提高一點點,而每年的進步只有3%左右。

電池技術為何沒能像芯片一樣快速發展,電池技術何時能有突破?

其實單純從數據看鋰電池續航能力每年進步3%,長期積累下來也不小。但實際上電子產品的更新換代更快。芯片裡的晶體管越做越小,芯片的處理能力一直在提高,芯片的運算能力一直在變強,相對應的手機耗電量就更大。即便電池技術有所提升,但是被芯片性能提升的功耗所抵消,因此電池技術看起來好像沒有太多的進步。

電池發展到鋰電池後,最核心的理論和原理30年來都沒有大的突破。鋰電池已經到來發展瓶頸,而目前卻沒有合適的電池去取代鋰電池。

鋰電池在材料組成和物理能量密度方面受到了種種限制。

電池技術為何沒能像芯片一樣快速發展,電池技術何時能有突破?

鋰電池沿用至今,優點很多,但是這麼多年過去了鋰電池已經有些跟不上需求。市場上其實也在積極尋找新的電池技術:石墨烯電池、錳氫氣電池、柔性太陽能電池

石墨烯電池:石墨烯自2010年獲得諾獎以來,廣受全球關注。石墨烯電池,是指利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性,而開發出的一種新能源電池。諸多優良性能,如透光性好,導電性能優異、導熱性較高,機械強度高受到歡迎。

不過,石墨烯在當前的批量生產工藝不成熟、價格高昂、性能不穩定,還沒有辦法取代鋰電池。

錳氫氣電池:可循環充電超萬次的錳氫氣電池 ,用高表面積的碳作為正極集流體(ps:集流體就是彙集電流的結構或零件),用由催化劑控制的氫氣作為負極,用硫酸錳鹽作為電解液,可循環充電1萬次以上,壽命可達10年以上。使用前景雖然不錯,但是目前看依然沒有那麼快規模化。

柔性太陽能電池:

柔性太陽能電池,是薄膜太陽能電池的一種,而且技術先進、性能優良、成本低廉、用途廣泛。在金屬表面照射紫外光,可以發生光電效應。

總的來說,雖然鋰電池目前存在技術難題,但是在找到更好的替代品之前依然是鋰電池的天下。


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