日前,西班牙《趣味》月刊發表文章稱,能量,無所不在:車載衛星定位儀、智能手機……一切改變了人際關系的移動設備都取決于電池是否更加耐用,以及是否能更有效地分配能量。要想做到這一點其實很難。事實上電池恰恰是這些高科技產品的致命弱點。近年來電池的續航能力已經大大提高,但依然滿足不了各種便攜式設備的需求。聯想P780智能手機一次充電可保證持續使用43小時,一次通話所用的電量少于上網瀏覽或看一部電影所用的電量,但這樣的電池性能依然不夠完美。
美國阿爾貢國家實驗室的一項研究顯示,現在的一塊鋰電池所提供的電量已經是1991年時的一塊鋰電池的1倍。但問題在于這樣一塊鋰電池的功率很大程度上卻取決于它的大小。從根本上說,以當前技術而言,更強的電池性能通常意味著更厚、更沉,甚至外形也和普通的不一樣。盡管如此,很多研究人員仍然堅信我們正在接近極限。
是不是注定了我們必須在美觀與續航能力之間作選擇?我們是不是必須無時不刻都帶著充電器?一些移動設備專家認為,不出幾年移動設備的電池設計方面就會出現質的飛躍,石墨烯的采用或鋰空氣電池的研發將讓現在的移動設備的性能提高數倍。
另一些人則質疑,這些進步與當前掌握的技術之間還距離甚遠。美國伯克利勞倫斯國家實驗所的化學工程師埃爾頓·凱恩斯設計的電池僅有一枚硬幣大小,采用的是鋰、硫磺和氧化石墨烯等易獲取的材料,儲存的電量是傳統電池的2到5倍。此外,凱恩斯和他領導的研發團隊在進行了1500次的充放電試驗后證實,這種電池僅僅喪失了不到一半的儲電能力,這是目前最好的鋰電池才能達到的水平。
美國橡樹嶺國家實驗室梁誠篤(音)研究員也利用了硫替代傳統電池采用的液態電解質。液態電解質會通過溶解多硫化物從而幫助鋰離子在電池中傳導,但使用壽命短。新的設計方法首先合成出一種富含硫的新物質,并將其作為電池的陰極,隨后再將其同由鋰制成的陽極和固態電解質結合在一起,便制造出這種能量密度較大的全固態電池。固態電解質不僅消除了硫溶解的問題,還避免了與鋰金屬接觸,所以安全性更高。新的固態電解質電池的能量密度是鋰離子電池的4倍。
麻省理工學院的化學物理學家阿馬多爾·梅嫩德斯·貝拉斯克斯選擇的是另一種辦法。2012年他展示了采用熒光分子材料制成的電池,將熒光分子安裝在電子設備的屏幕上,使其能捕捉光輻射,再將其散發出去。這項刊登于英國《能源與環境科學》雜志上的科研成果指出,利用這一技術可以充分采用環境光為移動設備提供能量。