自從20世紀(jì)中期計(jì)算機(jī)芯片發(fā)明以來(lái)，技術(shù)就一直在飛速進(jìn)步，我們可以用一個(gè)故事來(lái)講述：摩爾定律。每2年芯片中的晶體管數(shù)量就會(huì)翻倍，其它技術(shù)也在進(jìn)步，最終使得解決器的性能每隔18個(gè)月翻一倍。從摩爾定律被含義的那天起，到今朝已經(jīng)40多年了，它一直沒(méi)有被打破。一代人在電子范疇創(chuàng)造了驚人的進(jìn)步，摩爾定律很好地詮釋了這些進(jìn)步;在摩爾定律的推動(dòng)下，智能手機(jī)已經(jīng)進(jìn)入到億萬(wàn)人的口袋，它比幾十年前最好的電腦還要強(qiáng)大幾千倍。

再看看設(shè)備中使用的電池，它的發(fā)展完全和摩爾定律不匹配。1991年索尼率先將鋰離子電池商用，到今天這門技術(shù)并沒(méi)有分明的改變。汽車使用的技術(shù)更為古老，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的基本設(shè)計(jì)、車用鉛酸蓄電池幾十年都很少改變。

縱觀設(shè)計(jì)的歷史，大多時(shí)候公司們根本沒(méi)有改變的欲望，行業(yè)一直運(yùn)行得很好，我們很少去考慮電池。回看2000年時(shí)，手機(jī)充一次電可以用好幾天。然而在過(guò)去的10年里，我們已經(jīng)進(jìn)入了智能手機(jī)時(shí)代，電池的不足開始變得嚴(yán)重起來(lái)。與9年前喬布斯公布的iphone相比，蘋果最新的手機(jī)強(qiáng)大16倍，但它的續(xù)航時(shí)間依然不到一天。

新老手機(jī)之所以性能差距如此之大，緊要?dú)w功于工程進(jìn)步，它是通過(guò)提高解決器效能實(shí)現(xiàn)的，而不是因?yàn)殡姵馗?。至于毫安時(shí)(在一定的放電時(shí)間下完全放電出現(xiàn)的電流)，iphone6s只比2007年第一代iphone提高了22%。

鋰離子電池挑戰(zhàn)

設(shè)計(jì)鋰離子電池很簡(jiǎn)單。當(dāng)電池充電時(shí)，電子流通過(guò)電路傳送到負(fù)極，吸引電解質(zhì)溶液中的鋰離子(一種可帶電粒子)。當(dāng)我們使用電池時(shí)，離子會(huì)通過(guò)溶液轉(zhuǎn)移到負(fù)電極，它會(huì)釋放電流給設(shè)備充電。

這是相當(dāng)基本的化學(xué)過(guò)程，結(jié)果就是很難改進(jìn)。惟有幾種元素可以使用，而事實(shí)證明鋰是最適合的。要改進(jìn)電池，方法就是改變電極和電解質(zhì)的化學(xué)成份，但改進(jìn)是逐步進(jìn)行的，而且隨著時(shí)間的推移改進(jìn)會(huì)越來(lái)越難。盡管富有的科技公司不斷向電池投入資本，每年電池的性能依然只能提升5%。事實(shí)上，許多電池制造商發(fā)現(xiàn)要提升電池效能，最好的方法就是新增體積，讓它有更大的空間容納更多的離子。

有關(guān)許多人來(lái)說(shuō)，這樣的方法顯然不夠好。智能手機(jī)最開始只是日常生活的緊要部分，今朝成了我們的基本需求。我們用它來(lái)支付錢款，用它來(lái)通信，用它來(lái)導(dǎo)航。倘若手機(jī)不能用，我們會(huì)很心煩。這還不算什么，當(dāng)電動(dòng)汽車、搶救生命的健康設(shè)備沒(méi)有電時(shí)后果更嚴(yán)重。照預(yù)測(cè)，太陽(yáng)能將是將來(lái)的緊要能源，倘若沒(méi)有太陽(yáng)，就要電池?fù)碛泻艽蟮拇鎯?chǔ)容量才行。

替代產(chǎn)品

人們對(duì)電池越來(lái)越依靠，受到需求的推動(dòng)，公司投入大量的時(shí)間和金錢開發(fā)鋰離子電池替代產(chǎn)品。

去年，劍橋大學(xué)科學(xué)家宣布獲得巨大沖破，它們開發(fā)了鋰空氣(lithium-air)電池，科學(xué)家宣稱新電池的性能是現(xiàn)有鋰離子電池的10倍。新技術(shù)筆直使用空氣中氧氣的部分電子，而不是使用存儲(chǔ)在電池一端的電子，他們宣稱電池的性能可以大幅提高，充電一次可以讓一輛電動(dòng)汽車從倫敦開到愛丁堡。

劍橋科學(xué)家將這種鋰空氣電池稱為最終電池，其實(shí)這種設(shè)計(jì)幾十年前就出現(xiàn)了，但傳統(tǒng)的過(guò)氧化鋰設(shè)計(jì)被證明是不穩(wěn)定的，而且不支持多次充電。采用新的化學(xué)成份替代氫氧化鋰能減少耗電化學(xué)反應(yīng)的次數(shù)，使得電池可以反復(fù)充電2000次以上。

美國(guó)伊利諾斯州阿貢國(guó)家試驗(yàn)室(ArgonneNationalLaboratory)的研究者上周宣布取得沖破，他們推出了超氧化鋰物電池，新技術(shù)處理了其它鋰空氣電池的許多緊要難題。新設(shè)計(jì)還要幾年才能投入商用，可能至少要10年時(shí)間。

還有一個(gè)辦法也許同樣行得通：不去開發(fā)更好的電池，而是尋找更好的辦法供應(yīng)能量。英國(guó)IntelligentEnergy公司宣稱在不久的未來(lái)可以在消費(fèi)電子產(chǎn)品上使用氫燃料動(dòng)力鋰電池。

IntelligentEnergy公司CEOHenriWinand說(shuō)，采用新技術(shù)開發(fā)的原型電池能夠讓智能手機(jī)繼續(xù)用上一星期，可以讓無(wú)人機(jī)飛幾小時(shí)而不是30分鐘。它不要充電，燃料動(dòng)力鋰電池可以在內(nèi)部互換。公司還與Suzuki合作開發(fā)搭載燃料動(dòng)力鋰電池的滑板車，它還與一家新興智能手機(jī)商開發(fā)使用燃料動(dòng)力鋰電池的產(chǎn)品。魏南德說(shuō)：以后我們不用再按照電量來(lái)安排生活。他說(shuō)采用燃料動(dòng)力鋰電池的手機(jī)還有18個(gè)月就會(huì)出現(xiàn)。

有關(guān)依靠電池的消費(fèi)者和公司來(lái)說(shuō)，這樣的速度還是不夠快，燃料動(dòng)力鋰電池可能要好多年才能形成主流。同時(shí)，一些技術(shù)公司依然在投資鋰離子電池技術(shù)，它們認(rèn)為短時(shí)間之內(nèi)這是最好的選擇。

放眼全球，有許多公司大規(guī)模使用電池，特斯拉是其中的一個(gè)，它投資近50億美元在美國(guó)內(nèi)華達(dá)建造鋰離子電池廠。還有一些消費(fèi)電子公司拒絕依靠沖破性技術(shù)，它們轉(zhuǎn)而重視無(wú)線充電技術(shù)或者快速充電技術(shù)，只要半小時(shí)或者一小時(shí)就可以將電池從0充到60%。

即使是最有希望的新電池暫時(shí)也還不可能取代鋰離子電池，新電池還要多年的探測(cè)，要法律的許可，然后才能進(jìn)入到汽車和手機(jī)中。不論誰(shuí)贏得競(jìng)爭(zhēng)，它的電池都將是本世界最大的沖破之一。