电动汽车电池续航技术为何停滞不前？

编者按：对续航的追求不仅是汽车领域孜孜不倦的追求，消费电子领域也是如此。

两者的共同目标是如何提高电池的能量密度。

在市场驱动下，科学家们正在开展哪些研究来提高电池的能量密度？据外媒报道，苹果重新设计 MacBook Pro 时，采用了新型电池，使电池续航时间比之前的型号延长了 40%。

这款笔记本电脑可以续航 7 个小时，足够看 2 次电影《阿拉伯的劳伦斯》，苹果的 Phil Schiller 称这款电池“革命性”，但真的是这样吗？过去20年发生的技术飞跃确实令人震惊。

计算机已经从实用的盒子变成了由金属和玻璃制成的干净的矩形，小到可以放进你的口袋里。

如今的设备功能更加强大，新型智能手表的计算能力比阿波罗登月飞船还要强大。

然而，电池则是另一回事了。

即使从苹果到三星等消费电子制造商投入数百万美元进行研发以使设备具有更长的电池寿命，技术本身在未来几年内也不会发生巨大变化。

但这并不会减缓严重依赖电池的设备数量不断增加的趋势。

为什么电池技术停滞不前一直是研究人员讨论的话题，许多人说我们已经达到了科学的极限。

无论真正的原因是什么，消费者都需要尽其所能来有效利用电池供电的设备。

两条演变路线 要了解具体情况，我们必须考虑三个问题：电池制造商的过去、现在和未来的挑战。

总部位于加州的先进电池初创公司 Envia 的联合创始人兼业务开发主管迈克尔·辛库拉 (Michael Sinkula) 发现，电池中存储的能量直到十多年后才发生显着变化。

能量刚刚增加了一倍。

从那时起，电池能量的增加从未超过30%。

Envea 认为，大多数电池可能要到 2020 年才能将其存储的能量增加一倍。

不过，标准笔记本电脑的运行时间最长可达 10 小时。

为什么是这样？一般来说，技术进步来自两个独立的驱动因素：每个组件尺寸的不断缩小以及管理所有组件的软件的不断改进。

计算机的大脑是其微处理器，该芯片执行绘制图片或帮助 Facebook 更新朋友的生日状态所需的复杂计算。

在过去的几十年里，业界一直在努力缩小处理器的尺寸。

随着它们变得更小，它们消耗的能量更少，因此电池寿命更长。

但电池则是另一回事了。

本质上，它们是金属和化学品的集合。

连接电池意味着有电流流过它。

化学过程的一个问题是，变得更小并不一定意味着变得更好。

你可以把它想象成一瓶饮料：杯子里的啤酒越少，你能喝的啤酒就越少。

在此之前，电池的主要发展源于新材料的使用。

当材料从镍转变为金属锂时，消费电子产品的电池寿命大大延长。

磷酸铁锂之父、现代电池发展的重要科学家约翰·古迪纳夫教授表示，目前的研究主要集中在提高锂电池的寿命上。

“元素周期表非常有限，”固特异说，因此进步和改进变得越来越困难。

现在，研究电池问题的科学家数量比 2000 年固特异宣布实现现代电池成为可能的突破要多得多，但缺乏可供实验和研究的新材料。

一款可以使用一周（而不是一天）的智能手机需要目前尚不可用的根本性创新技术。

古迪夫认为，“延长电池寿命的下一步策略仍然未知。

”锂电池之路 现代电池的历史可以追溯到 18 世纪，当时科学家偶然发现了一种处理静电的方法，将金属棒插入一个装满盐水且两端涂有箔的瓶子内。

用一只手触摸瓶子的外部，另一端的金属棒，可以体验到触电的感觉。

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) 描述了科学家如何研究这种称为莱顿瓶的装置。

最著名的发明家之一是诗人珀西·比希·雪莱。

年轻时，雪莱在姐姐的帮助下进行了实验。

他还受到妻子玛丽·雪莱 (Mary Shelley) 的启发，她在小说《弗兰肯斯坦》中使用电作为主要情节装置。

小说《弗兰肯斯坦》出版后不久，阿纳斯塔西奥·沃尔塔（Alessandro Volta）发明了第一个广泛使用的电池——伏打电池，它由夹在铜板和锌板之间的盐浸泡卡组成。

纸片或布片、电池一层一层地堆放。

今天的电池并没有发生巨大的变化。

切开电池内部，您可以看到一种由金属（例如锂）制成的材料和另一种材料（通常是碳）。

两种材料之间有类似于 Volta 之前使用的布料——塑料包裹在液体或胶体中，以防止金属相互作用，同时允许原子自由移动。

当电池一端的电线接触另一端时，就会形成电路，电子移动，产生电流，导致灯泡点亮、立体声音响发声或车门锁上。

对于当今的电子设备来说，最流行的充电电池——锂离子电池，已经广泛使用了20多年。

市场正在快速增长。

电池是技术的命脉。

据欧洲著名研究机构法国阿维森能源公司估计，2019年，随着锂离子电池大量涌入市场，全球电池需求量达到1亿兆瓦时。

这相当于1亿节劲量AA锂电池，足以绕地球57圈。

20 年后，这一需求翻了一番。

市场研究公司Lux Research预测，到今年年底，仅用于驱动电子设备的电池成本将达到1亿美元，同比增长约30%。

大部分需求来自智能手机和平板电脑，预计未来六年这两者都将增长 45%。

汽车等交通运输的电池成本将增加一倍，达到 1 亿美元。

鉴于如此巨大的消耗，研究人员正在努力提高电池寿命。

即便如此，能够实现的突破却很少。

此外，几乎所有主要研究都首先关注汽车和电网中的应用。

IBM 等科技巨头在加利福尼亚州圣何塞的阿尔马登研究中心拥有一支致力于开发电池技术的科学家团队。

2016年，IBM投资了50万美元，请了几位研究人员开发电池项目：一种可以支持汽车行驶里程的电池，这意味着汽车一次充电就可以从旧金山行驶到洛杉矶，甚至可以绕着海滩走一圈。

道路。

休息一下。

该项目的关键是所谓的锂空气电池，它不依赖碳和其他金属，而主要依赖锂离子。

IBM 及其合作伙伴相信，他们可以制造出一个充满空气的 A 容器，该容器与锂相互作用产生电流。

如果他们是对的，空气电池的重量可能会减轻一半。

但有一个问题：为了实现能源的可持续和充电过程，你必须获得纯净的空气，但我们现在呼吸的空气充满了污染物和水。

IBM 电池项目负责人 Winfried Wilcke 表示：“你需要清洁空气的机制。

”这意味着它将增加电池的尺寸、重量和复杂性。

其他科学家，包括麻省理工学院和德克萨斯大学的科学家，正在考虑使用其他材料，如硅、硫和钠。

然而，许多相关的研究和开发都是针对汽车设计。

将这项技术应用到消费电子产品上可能还需要再等几年。

一些持消极态度的科学家描绘了一幅更加黯淡的景象，他们认为我们已经达到了电池能力的极限。

其他人，例如加州电池初创公司 Imergy Power Systems 的首席执行官 Bill Watkins，对电池的未来持乐观态度。

“永远不要低估一群拥有充足研究经费的博士的能力。

”沃特金斯说。