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電池知識

為什么摩爾定律不適合考量電池技術(shù)發(fā)展呢?

來源:寶鄂實業(yè)    2019-06-12 13:01    點擊量:

從鎳鎘到鎳氫再到鋰電池,由于在高密度、高效能的儲能介質(zhì)上進展緩慢,電池的革命因此正在遭遇瓶頸——這也是為什么摩爾定律不適合考量電池技術(shù)發(fā)展的根本原因。

 

  包括手機在內(nèi)的移動設(shè)備的電池續(xù)航的問題說了不是一天兩天了,但至今似乎都沒有什么改變。

  日常里看,糟糕的電池續(xù)航讓你我的手機始終處在一天一充電的狀態(tài)下,試想就在五六年前那個諾基亞的年代里,電池續(xù)航都還是論周算的。而要是哪天早上出門沒帶上移動電源,那下午回家的路上基本就廢了。

  理論上說,在消費電子技術(shù)領(lǐng)域,電池是最不聽摩爾定律的一項技術(shù)。前者認為,當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數(shù)目,每隔18至24個月會增加1倍,性能也將提升1倍。而在手機處理器、顯示屏、攝像頭及各種通訊模塊高速發(fā)展的時候,電池技術(shù)卻始終停滯不前。

  的確,從鎳鎘到鎳氫再到鋰電池,由于在高密度、高效能的儲能介質(zhì)上進展緩慢,電池的革命因此正在遭遇瓶頸——這也是為什么摩爾定律不適合考量電池技術(shù)發(fā)展的根本原因。可是,既然是個“全民痛點”,你好歹也得給人點希望不是?今日,小便便來盤點下補齊電池這塊短板,當前的各種招兒和未來的新想法。

  目前,除控制其他硬件能耗和從軟件層面上加入省電模式外,在各大手機廠商拿出的解決方案大致有3個:

  1. 電池擴容

  在電池技術(shù)尚缺乏革命性突破的情況下,擴大電池容量成為了不少手機廠商的首要選項。

  不同于iPhone 6的1810mAh和iPhone 6 Plus的2915mAh,Android陣營采用3000mAh及以上的大容量電池已成為常態(tài)。華為Mate 7的4100mAh,nubia X6的4250mAh,華為榮耀7英寸平板手機X2的5000mAh;而金立在6月10日發(fā)布的M5,則將電池容量直接加成到了6020mAh,官方稱重度用戶可連續(xù)使用兩天。實際上,在谷歌為Android 5.0系統(tǒng)大幅優(yōu)化了續(xù)航能力后,電池依舊是功能愈加強大的手機最致命的軟肋。

  但是,單純?yōu)殡姵財U容也會帶來顯而易見的問題。受困于物理結(jié)構(gòu),更大的容量意味著電池將占用更大的物理空間,增加產(chǎn)品的尺寸和機身厚度成為了手機廠商的必然選項。考慮到設(shè)計和實用性的要素,電池擴容依然會有一個瓶頸。

  2. 快充技術(shù)

  當電池容量越來越大時,過長的充電時間也就成為了一個巨大的問題。

  就在上周,魅族在發(fā)布MX5的同時推出了其mCharge快充技術(shù)。通過專用充電器,其可實現(xiàn)9V的高壓輸入。根據(jù)魅族官方提供的數(shù)據(jù),對于搭載3150mAh電池的MX5,這一技術(shù)可使其在10分鐘充滿電池的25%,40分鐘充滿60%。而在5月,OPPO也借新旗艦R7發(fā)布了自己的快充方案,據(jù)稱可實現(xiàn)“充電5分鐘通話2小時”。

  目前,手機電池的快充技術(shù)普遍采用高通的Quick Charge 2.0標準(有測試表明魅族的mCharge同樣支持),其最大的優(yōu)勢是可在不改變MicroUSB充電接口的前提下,將最大充電電流提升至3A,同時直接兼容高通自家芯片。目前,三星、摩托羅拉、HTC、索尼及小米等手機廠商的部分機型均已支持該技術(shù)。

  此外,高通的死對頭聯(lián)發(fā)科也發(fā)布了自己的Pump Express Plus快充技術(shù)。而蘋果也申請了20V快充技術(shù)專利,有消息稱其很有可能應(yīng)用于9月發(fā)布的iPhone 6s中。

  不過,快充技術(shù)解決的是一個輔助方案,并未解決戶外活動時電池消耗的問題。

  3. 回歸可拆卸電池

  跟隨著早先iPhone的步伐,近幾年幾乎所有的手機廠商均將電池做成了不可拆卸的設(shè)計,越高端越如此。而如今,風向似乎有逆轉(zhuǎn)的趨勢。

  今年4月底,LG發(fā)布的新一代旗艦G4便采用了可拆卸的電池設(shè)計,用戶可以在其3000mAh的電池耗盡后直接更換備用電池。與之類似的,還有此前推出的LG G4、三星Galaxy S5和Note 4。當然,在千元機市場,可拆卸電池始終是很多手機廠商的選擇。

  這是一個省事兒的笨方法,但看似實用卻在實際過程中有很多的不便——尤其是在這個充電寶隨身帶的時代,用戶忘記攜帶一塊備用電池的幾率要遠遠高于忘記移動電源。

  基于此,手機廠商的確改善了一些由電池續(xù)航所帶來的負面影響。但智東西認為,從技術(shù)的角度上看,這些治標不治本的方案并沒有太多用。

 

  好在,近期一些新的電池技術(shù)的出現(xiàn)正在進一步改善這一尷尬的現(xiàn)狀,雖然看起來仍然離實現(xiàn)有點遙遠:

  1. 自主充電技術(shù)

  不少人都知道西鐵城的光動能手表,依靠石英振蕩器高而穩(wěn)定的振蕩頻率,其可以不借助電池而僅依靠光能運轉(zhuǎn)。那么,隨身不離手的手機為什么不能借鑒這一技術(shù)“自己為自己供電”呢?當然,與手表相比,手機需要的電量就不是一顆小小的石英振蕩器能夠提供的了。

  近日,來自軍事設(shè)備制造領(lǐng)域的Motionetics公司提出了這樣一個解決方案——動能充電技術(shù)。用戶只需要將手機隨身攜帶,利用其不斷的“震動”,即可轉(zhuǎn)換為電能為手機充電。據(jù)稱,這項技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于美國國防部的一些項目中,但何時進入商用還不得而知。

相類似,澳大利亞皇家墨爾本理工學院也曾提出過自主充電的解決方案。其試圖通過向觸摸屏植入壓電薄膜,從而將用戶在觸控屏幕或打字時所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能。據(jù)稱,這項技術(shù)很適合在曲面屏幕上應(yīng)用,而隨著柔性屏幕的發(fā)展其很有可能也將迎來用武之地。

  2. 新型燃料電池

  目前,大部分消費電子類產(chǎn)品主要使用鋰電池供電,而一種氫燃料電池的出現(xiàn)似乎正在打破前者的壟斷——這種技術(shù)利用氫作為燃料,利用電解水的逆反應(yīng)產(chǎn)生電能。

  實際上,其并非是一種多新的技術(shù)。此前,其已廣泛的應(yīng)用于航空航天和新能源汽車領(lǐng)域。但是,最近美國一款名為Upp的氫燃料移動電源的上市為將這項技術(shù)引入智能手機帶來了可能性。

 

  據(jù)悉,這款售價199美元(約合人民幣1200元)的移動電源使用內(nèi)置25000mAh的燃料盒,轉(zhuǎn)換裝置可將其中的氫氣轉(zhuǎn)換為電力和水蒸氣,而1個燃料盒可完成3次左右的充電操作。不過,目前其最大的瓶頸在于用戶需要到自助裝置中自行更換燃料盒,同時成本不菲。

  而對于未來可能應(yīng)用于手機上這種可能性來說,其面臨的問題還有過大的尺寸。

  當然,除此之外還有人提出利用太陽能。但想想北方持續(xù)的霧霾天和南方隨時隨地的雷陣雨吧,在當前的技術(shù)條件下,其欠佳的轉(zhuǎn)化率和糟糕的穩(wěn)定性估計會比提高續(xù)航本身更讓人抓狂。

  此外,更超前的方案還有核能——利用氚為原材料,幾厘米大小的電池可為手機持續(xù)供電20年,據(jù)說其已經(jīng)被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的小型設(shè)備上。誠然,這個很碉堡,但靠不靠譜另說。  

  電池技術(shù)亟需突破已成為業(yè)界的共識,但解決的路徑卻似乎仍然沒有一個定論。

  擴容也好,快充也罷,就主流的鋰電池而言,只要其本身的物理結(jié)構(gòu)未變,就很難產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。而對于自主充電、燃料電池等新想法來說,盡管其為電池技術(shù)的發(fā)展提供了一個新方向,但遠水難解近渴,在短期內(nèi)仍然難以對手機電池產(chǎn)生革命性的的影響。

  不過,在智東西看來,一條“曲線救國”的方式似乎可以對此產(chǎn)生積極的作用——隨著智能硬件尤其是可穿戴設(shè)備的發(fā)展,智能手機的一些功能將有可能被分散到上述設(shè)備當中,從而間接減少手機對于能耗的需求。例如,利用Apple Watch接聽電話,借助Google Glass實現(xiàn)導航。畢竟,當前手機最大的耗電源仍然是其巨大的屏幕。

  但是話又說回來,目前制約可穿戴設(shè)備發(fā)展的最大阻礙也是電池,所以歸根結(jié)底還是不爭氣的電池的問題。而實際上,其比手機更有改進這項技術(shù)的動力。所以,我們?nèi)匀挥欣碛杀3謽酚^,產(chǎn)品和市場需求的重壓之下,也許電池的革命并不會太遠。

附:鋰電池的使用與維護注意事項

  1. 使用優(yōu)質(zhì)合格的充電器和保護板,不要過充過放,淺沖淺放最好,充電電流以0.5C最佳。

  2. 隨用隨充即可,不必每次都刻意去用完再充電;也不用在意使用前是否充滿電。

  3. 長時間不用時,應(yīng)將電池內(nèi)保留一定電量(最好是電芯的標準電壓,比如我用的這個電芯廠家出廠時就是充到3.6V左右的);鋰電池長期放置不用會造成容量永久衰減,充到標準電壓時的衰減速度是最低的。

  4. 注意使用安全,不能讓鋰電進水,也不能受到激烈碰撞,不要在高溫或者低溫環(huán)境下使用電池。

  5. 行駛時盡量不要頻繁的變速,多用定速巡航功能;盡量避免頻繁的剎車和起步,起步時盡量緩慢起步,切忌直接將變速把擰到底。

  6.  

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