手機的希望:鋰硫電池?
說一千道一萬,現在有希望應用在手機上的高能電池是什么?因為前面說的電池,基本都是作為動力電池,應用在汽車上面多,很難小型化。而我們常用的手機電池基本都是鈷酸鋰電池。因為現在鈷酸鋰電池的優點很多,比如相對安全、耐循充放電循環、工作溫度范圍廣等等。即便是鋰聚合物電池,鈷酸鋰也應用很多。

現在使用了大容量電池,在3、4G下依舊使用時間有限(圖:anandtech.com)
但是問題是,從1991年索尼開始量產到今天,鈷酸鋰電池的密度提升有限,也就是扛不住現在的手機對電池的消耗。我們需要在現有體積上,容量更大的電池來支持智能設備的續航,而這現在是全世界的軟肋。并且鈷酸鋰電池的主要原料,鈷,本身并不算地球上富集的元素,價格也在逐年上漲。

鋰硫電池是目前突破的主要方向,有望小型化用在手機上
目前基于鋰金屬的電池材料方案當中,研究的比較多的是鋰硫電池。硫和氧是同族元素,所以鋰硫電池的反應,有點類似鋰空氣電池,但是最大的不同是硫是固體。并且在理論上,鋰硫反應的能量密度非常高,有望把現有鈷酸鋰電池的能量密度提升一個數量級,達到接近2000瓦時/公斤,電壓1.5V-2V。

實驗室里面的鋰硫電池,問題非常多,距離產業化要走的路起碼還有5年以上
鋰硫電池的反應很簡單就是2個鋰與一個硫結合形成Li2S,鋰失去兩個電子。但是問題同樣非常多。除了鋰和硫本身活潑的屬性之外,很大的問題是硫和硫化鋰的密度差距很大,這樣導致在反應的過程中有膨脹……并且硫本身導電性很弱,也不利于充分利用反應物。現在的辦法是炭做載體。關于鋰硫電池的研發投入非常大,但是至今也沒有工業化的希望。很多實驗室里得到的結果,甚至連重復實驗都很難做到,因為反應很復雜,而反應的雜質有什么影響,也搞不清。恐怕能全部搞清楚也要段日子。

美國能源部橡樹嶺國家實驗室展示它們的鋰硫電池,不過也是實驗室產品且不穩定
當然,除了上面說的幾個熱門電池,也有進行其它前沿研究,但是研究的深度還不如上述的電池材料。這種全世界研究十幾年、得不到結果的狀況,在電子設備上不多,但是到電池這里,已經卡住很多年了,參與研究不是幾個企業,而是幾乎全世界的科研機構、公司都想取得電池突破,但是都無功而返。
結論:絕望,只能繼續忍受。如果你覺得自己是那個幸運兒,并且足夠聰明,應該從事電池的研究,只要新的可行充電電池專利是你的,財富躋身世界前100應該問題不大,因為現在全球每年投入到電池研發上的資金加一起,恐怕已經足夠將一個人送上財富富豪榜前列了。而作為普通消費者,恐怕依舊要繼續忍受我們目前不給力的電池,并且不知道什么時候會有突破,或許十年、二十年,而這種材料科技,正是一個國家科學研究能力的體現。
電池大戰正酣,鹿死誰手未知。

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