电池产业将达860亿美元 “超级电池”不再遥远

西班牙《趣味》月刊2014年11月号的文章说，能量，无所不在：车载卫星定位仪、智能手机……一切改变了人际关系的移动设备都取决于电池是否更加耐用，以及是否能更有效地分配能量。要想做到这一点其实很难。事实上电池恰恰是这些高科技产品的致命弱点。近年来电池的续航能力已经大大提高，但依然满足不了各种便携式设备的需求。联想P780智能手机一次充电可保证持续使用43小时，一次通话所用的电量少于上网浏览或看一部电影所用的电量，但这样的电池性能依然不够完美。

美国阿尔贡国家实验室的一项研究显示，现在的一块锂电池所提供的电量已经是1991年时的一块锂电池的1倍。但问题在于这样一块锂电池的功率很大程度上却取决于它的大小。从根本上说，以当前技术而言，更强的电池性能通常意味着更厚、更沉，甚至外形也和普通的不一样。尽管如此，很多研究人员仍然坚信我们正在接近极限。

是不是注定了我们必须在美观与续航能力之间作选择？我们是不是必须无时不刻都带着充电器？一些移动设备专家认为，不出几年移动设备的电池设计方面就会出现质的飞跃，石墨烯的采用或锂空气电池的研发将让现在的移动设备的性能提高数倍。

另一些人则质疑，这些进步与当前掌握的技术之间还距离甚远。美国伯克利劳伦斯国家实验所的化学工程师埃尔顿・凯恩斯设计的电池仅有一枚硬币大小，采用的是锂、硫磺和氧化石墨烯等易获取的材料，储存的电量是传统电池的2到5倍。此外，凯恩斯和他领导的研发团队在进行了1500次的充放电试验后证实，这种电池仅仅丧失了不到一半的储电能力，这是目前最好的锂电池才能达到的水平。

美国橡树岭国家实验室梁诚笃（音）研究员也利用了硫替代传统电池采用的液态电解质。液态电解质会通过溶解多硫化物从而帮助锂离子在电池中传导，但使用寿命短。新的设计方法首先合成出一种富含硫的新物质，并将其作为电池的阴极，随后再将其同由锂制成的阳极和固态电解质结合在一起，便制造出这种能量密度较大的全固态电池。固态电解质不仅消除了硫溶解的问题，还避免了与锂金属接触，所以安全性更高。新的固态电解质电池的能量密度是锂离子电池的4倍。

麻省理工学院的化学物理学家阿马多尔・梅嫩德斯・贝拉斯克斯选择的是另一种办法。2012年他展示了采用荧光分子材料制成的电池，将荧光分子安装在电子设备的屏幕上，使其能捕捉光辐射，再将其散发出去。这项刊登于英国《能源与环境科学》杂志上的科研成果指出，利用这一技术可以充分采用环境光为移动设备提供能量。

梅嫩德斯指出，如果采用太阳能，移动设备就可以实现自我充电，一次充电的续航能力也会大大提升。更好的是，这一发明还能有利于能量循环回收，这也能提升电池的使用寿命。这是一个非常有必要考虑的问题，因为移动设备仅屏幕就会耗掉将近90%的电量。

虽然提升电池的续航能力，或减小耗能似乎是一个非常好的切入点，但这个问题其实还可能从另外的角度来解决，比如缩短充电时间。在这方面，碳纳米管发挥着决定作用。从几年前开始技术界就在研究采用碳纳米材料的可能性。碳纳米管的耐用性是最好的钢材料的数百倍，重量更轻，而且还能缩短充电时间。

加州大学河滨分校的一组科研人员开发出了一种新架构的硅阳极，应用在锂电池中可以使充电过程快16倍。新的设计构建于3D结构的锥形碳纳米管材料上。可以使电池比原来轻40%，却能携带比原来多60%的电量，一次充电时间只需要大约10分钟。

在缩短充电时间问题上，以色列的StoreDot科技公司更胜一筹。在微软Think Next大会上，这家在特拉维夫大学纳米科技研究中心的基础上新创办起来的公司的负责人展示了他们新研发的充电技术。使用这个充电器，一部即将因电量不足关机的三星GALAXY S4手机充满电的时间只需要30秒。这一充电设备采用的是由肽分子组成的生物半导体材料。研究人员将这些纳米级的晶体加入到一种特殊的作为电解质的溶液中。

试验似乎已经证实了这一新技术能够制造出更强大的电池，并缩小体积。公司创始人多龙・迈尔斯多夫认为，这一技术进步将推动移动设备行业真正的革命。如果这一技术能被采用，预计超级充电设备将在2016年进入批量生产。

可以肯定的是，未来几年电池市场将不再是锂电独霸天下。从锂这种金属中可以获得锂盐作为电解质。全世界锂的储量大约为4000万吨，但通常锂盐浓度较低。据美国国家地理协会估算，全球仅有约1300万到1800万吨的锂可以商用。

全球最主要的锂储量位于玻利维亚、阿根廷和智利之间形成的三角地带，而且南美洲还有大量未探明储量。在北美、非洲和亚洲地区也发现了锂矿。2010年阿富汗宣布发现了一个巨大的锂矿。

但是这些远远不够。随着电动汽车和各种电子设备的大量应用，全球对锂矿的需求也将大大增加。瑞士信贷银行的报告预计，全球锂需求量正在以每年12%的速度上涨。一些专家认为几十年内锂矿就会出现匮乏。但是现在，世界正在变得越来越智能和移动化。美国从事全球市场调研的卢辛特尔咨询公司的另一项研究报告指出，2018年电池产业将成为一个规模达到860亿美元的巨大的全球市场。

让电池用得更久的小建议：

・不要总是等到耗光所有电量再充电，也不要永远充满电，这反而会缩短电池的使用寿命。电池的使用寿命通常为3到5年。

・避免移动设备过热，过热会降低电池的续航能力。

・如果移动设备一段时间内闲置，最好总是保持一半的电量。完全关机或电池电量为零有可能导致它永远不再工作。

・使用合适的充电设备。最理想的就是使用电压和电流强度都与原始设备相同的充电器。

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