与1979年古德伊夫宣布取得了突破性进展使得现代电池变为可能的时期相比,现在研究电池问题的科学家数量明显要更多,然而,可以试验和研究的新材料却已经匮乏。
智能手机能够持续使用一周——而非只维持一天——所要求的是彻底革新的科技,而这样的技术目前尚未出现。古德伊夫认为“延长电池寿命的下一个策略目前还是未知数。”
通往锂电池的道路
现代电池追溯到18世纪,当时科学家们意外发现了一种处理静电的方法——将金属棒插入内部装满盐水、两端涂有箔层的瓶子。用一只手接触瓶子外部,而金属棒接触瓶子另一端,你就能体验触电的感觉了。
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(Henry Schlesinger)描述了科学家们如何研究这种名为莱顿瓶的设备。其中非常著名的发明家是诗人珀西˙比希˙雪莱( Percy Bysshe Shelley)。年轻时的雪莱在妹妹的帮助下进行了实验。他还得到了妻子玛丽˙雪莱的启发,后者在自己创作的小说《弗兰肯斯坦》里将电作为主要的情节设计。
就在小说《弗兰肯斯坦》出版后不久,安纳塔西欧˙伏特(Alessandro Volta)发明了第一个被广泛使用的电池伏打电堆,就是在铜板和锌板中间夹上用盐水浸过的卡纸或布片,一层一层堆起来的蓄电池。
当今的电池并未发生巨大的变化。切开电池内部,你可以看见由金属,例如锂制成的一种材料,和另一种材料(一般是碳)。两种材料之间是某种类似于伏特200年前使用的布片的物质——由液体或者胶体包裹的塑料,目的是防止金属发生相互作用,同时能够让原子自由移动。
当电池一端的金属丝与另一端的相接触,就产生了回路,电子会移动,从而产生电流,导致灯泡发光、立体声音响发声或者锁上汽车车门。对现在的电子设备而言,最流行的可充电电池锂离子电池已经被广泛使用了20多年。
市场快速增长
电池是科技的命脉。 根据欧洲知名研究机构法国Avicenne Energy的估计, 1990年,随着锂离子电池涌入市场,全世界对电池的需求高达200000万兆瓦时。这相当于444亿个劲量极限AA锂电池,足以环绕地球57次。截止20年后,也就是2013年,这一需求已经翻倍。
市场研究公司Lux Research预测截止2020年,仅用于驱动电子设备的电池花费将高达266亿美元,比2014年大约增长了30%。大多数需求来自智能手机和平板电脑,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。