“大屏幕、四核、超薄等”已經(jīng)成為了旗艦手機的標配，這也對電池設計提出了很高的要求?，F(xiàn)在即便是手機“不吃不動”呆半天，電量往往也要大大減少，如果亂折騰的話，電池能保證半天的時間已經(jīng)算是萬幸。難怪有朋友說現(xiàn)在的智能手機“干起活來像匹馬，耗起電來像老虎。”
三星下一代A15雙核處理器至今還只在Chrome Book上出現(xiàn)就是最好的例子——性能強但功耗問題也是明顯的!那么我們就來了解一下為這些高性能手機服務的電池技術吧。
聚合物鋰電池，刀鋒手機必備
聚合物鋰離子電池與傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池主要區(qū)別在于電解質的不同。鋰離子電池使用的是液體電解質，而聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質來代替，這種聚合物可以是“干態(tài)”的，也可以是“膠態(tài)”的，這點正好彌補傳統(tǒng)鋰電池的缺憾。
相信不少朋友都見過傳統(tǒng)手機電池的容貌：除去包裝，就是全身“鎧甲”——由于采用液體電解質，所以傳統(tǒng)的鋰電池必須使用“鐵罐”等金屬容器密封，所以超薄化設計及形狀設計上均受到限制。而鋰聚合物電池因為其電解質為膠狀，如同橡皮泥一樣具有一定的可塑性，可以根據(jù)手機內部空間來進行一定的變“形”，很容易將手機電池的厚度縮小到2~4mm，大約比名片的厚度稍厚一些而已，所以才有了現(xiàn)在薄如刀鋒一般的手機。
可任意變形的電池
雖然鋰聚合物電池具有形狀靈活的可塑性，但通常是以平板的形式出現(xiàn)，限制了設計者利用它們發(fā)揮的空間，同時此類電池的容量也有限。針對這個缺點，LG的研究人員發(fā)明了一種可彎曲及旋轉的電纜式電池：這種電池可放進耳機中為你的手機充電，或編進首飾及紡織衣物中，為可穿戴的電子產品供電。
在制作電池時，研究人員首先使用了幾束鍍有鎳和錫(兩個活性電極材料)的細銅線，接著將銅線編進金屬線中，再將金屬線纏繞在一根小圓桿周圍，纏好后將圓桿抽走并拉伸線圈。就這樣制造出了一根強力彈簧，直徑約1毫米，成為電池的結構支架和陽極，再以鋁線將其包覆，之后電鍍鋰鈷氧化物構成陰極，最后在極柱間加入電解液后添加外層保護層。這樣就得到了具有普通鋰電池一樣性能的可彎曲電池。
可彎曲電池的出現(xiàn)有望突破現(xiàn)有移動電子產品的設計瓶頸，不過該項技術近期內仍無法走進我們的生活，估計在2017年才有望開始大規(guī)模生產。
你變形，我超能!新型高性能鋰離子電池
想象一下，有這樣一部智能手機，充電只需5分鐘，續(xù)航可達10小時，很神奇吧?! 美國科學家不久前就研制出這一種具有革命性的電池。我們都知道，鋰離子電池的儲電量是由電池內部的鋰離子數(shù)量決定的。在由石墨烯組成的傳統(tǒng)鋰離子電池中，每六個碳原子可容納一個鋰原子。為了增加儲電量，科學家采用了石墨烯與硅結合的方式：硅可以容納更多的鋰原子(每四個硅原子就能容納一個鋰原子，而每六個碳原子才能容納一個鋰原子)、可使能量密度更高，而石墨具有膨脹收縮性小、不容易變形、破裂的特性，這樣一來在保證電池穩(wěn)定性同時，也可最大程度上增加穿梭于電池中的鋰離子數(shù)量。
那么，如何才能讓充電速度更快呢?電池充電慢是因為鋰離子從一個電極流向另一個電極需要一定時間。長期以來，鋰離子電池的充電效率一直受到石墨烯形態(tài)的制約：電池中的石墨烯片非常薄，厚度只有一個原子，而面積就顯得相當龐大了。充電時，鋰離子必須繞過面前的石墨烯片才能就位，它要先向外移動到石墨烯片的邊緣處，然后回到兩片石墨烯中間停留，這個過程耗時漫長、頗費周張，導致石墨烯片的邊緣經(jīng)常發(fā)生“交通阻塞”。有鑒于此，研究人員自然想到了疏導交通的方法----既然決定充電時間的是鋰離子在石墨烯層之間的移動速度，那為何不給這些離子開辟幾條捷徑呢?借助化學氧化技術，研究人員在石墨烯片上鉆出了數(shù)以百萬計的小孔，每一個小孔的直徑都在10到20納米之間。這樣一來，鋰離子就能更加自由地在電池中穿行，充電速度也隨之提高了。
經(jīng)過這樣改造的鋰離子電池，就如如鋰電中的“超人”----電量和充電速度都提高到了原來的10倍。這項技術最大的優(yōu)點是可研制出體積更小、重量更輕的電池，讓手機和筆記本電池的個頭只有一張信用卡大小。
火熱的“芯”，燃料電池
無論鋰電池怎么改進，仍無法擺脫充電的詛咒——電池容量越大，充電時間越長。如果在電池原材料上沒有大的突破，鋰電池容量繼續(xù)提升則極其困難。新一代電池的開發(fā)勢在必行，其實業(yè)界最看好的未來手機電池是一種在多年前就已有研究的燃料電池。
燃料電池，顧名思義即靠燃料驅動的電池。早在1839年，英國人W.Grove就提出了氫和氧反應可以發(fā)電的原理，這就是最早的氫-氧燃料電池。通常燃料所產生的能量是以能釋放的，而燃料電池不釋放熱能，它是將其分解成氫離子和電子而轉化成電能。經(jīng)過了近200年的發(fā)展，當今研發(fā)的燃料電池幾乎都使用液體甲醇為燃料。在燃料電池內部，液體甲醇在分解的過程中僅僅產生水、二氧化碳和熱能，并且會被電池的釋放孔釋放。真正將化學能轉換為電能的部件，實際上是燃料電池中的碳精和高分子電解質膜。在燃料電池工作時，甲醇會因為鉑金的觸媒作用被分解為氫離子和點子，由于電解質膜只能通過氫離子，所以電子會被質膜攔截后經(jīng)過炭精被導向負極產生電流。與此同時，氫離子經(jīng)過質膜后會被倒入到正極與空氣中的氧結合成水蒸汽，然后通過電池的釋放口排除電池外。和普通電池相比，燃料電池具有驚人的能量密度，而且更兼?zhèn)淞藷o污染、高效率等優(yōu)點。
在去年11月份美國專利商標局公布了蘋果新獲得的兩項專利，這兩項專利為便攜式計算設備的燃料電池系統(tǒng)和便攜式計算設備燃料電池系統(tǒng)耦合。這兩項專利暗示蘋果可能正在研究使用燃料電池技術來解決其iPhone、iPad以及Macbook電腦等產品的續(xù)航問題。值得注意的是，日本的Aquafairy已經(jīng)推出一種微型的燃料電池--- AF-M3000燃料電池。AF-M3000使用的燃料為乙醇，能在90分鐘內用一個燃料電池匣將iPhone4充電至50%。不過，每個燃料電池匣的價格接近200元，充一次電成本真的不是一般人能接受的!相對于使用成本高昂的AF-M3000來說，Lilliputian Systems公司為零售商Brookstone所開發(fā)的USB移動燃料電池無疑更靠譜點。這款燃料電池外形僅為普通打火機大小，通過添加丁烷燃料來供電，一塊電芯可以為iPhone 4充電次數(shù)約10～14次，而更換內部電池大概就是星巴克一杯咖啡的錢!
寫在最后
從鎳鎘電池到燃料電池，我們見證了充電電池在性能和壽命上的蛻變。面對新型電池技術的發(fā)展，我們的數(shù)字生活必將因為電源的更迭產生翻天覆地的變化。也許過不了幾年，我們就不再需要為手機、筆記本續(xù)航能力擔心，充一次電用幾個月的手機也不再是天方夜譚。同時，沒有電池瓶頸的限制，手機的性能也會呈幾何速度增長，帶來更多不可思議的應用方式……
延伸閱讀
曾經(jīng)出現(xiàn)的太陽能手機
為了給手機提供更長的續(xù)航能力，廠商們絞盡腦汁，辦法也是花樣翻新，如有些手機廠商在手機外殼上設計了一塊薄膜太陽能電池，如果手機電池耗盡，讓太陽曬上 30分鐘，就能繼續(xù)通話。至于能用多久，官方的回答是一分鐘左右……或許這種做法真的是廠商不得已而為之，曬太陽通話的法子遠不如多帶一塊電池來得靠譜。但由此確實可以看出手持設備對于電池續(xù)航能力的渴求。
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