你的手機(jī)一天充幾次電?

敖顯奎

自從意大利解剖學(xué)家伽伐尼從青蛙的大腿上受啟發(fā)發(fā)明電池后，這一行業(yè)已有200年的發(fā)展歷史。相比于鎳電池，鋰電池具有環(huán)保、能量密度大、可長時間存放等特點(diǎn)，因而近年來發(fā)展迅猛，成為時下手機(jī)行業(yè)的唯一源動力。2019年，有三位科學(xué)家因?yàn)樵阡囯姵匮邪l(fā)領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)被授予了諾貝爾化學(xué)獎。

“易燃易爆炸”

鋰電池的發(fā)展也經(jīng)歷了一段漫長的時間，最初的鋰電池甚至沒有二次充電的功能，而現(xiàn)在市面上的鋰離子電池則輕便實(shí)用，廣泛用于時下諸多流行電子產(chǎn)品中。

與此同時，鋰的優(yōu)勢也成就了它的弱點(diǎn)——易燃易爆炸。美國著名私營電池材料開發(fā)商創(chuàng)始人邁克·齊默爾曼甚至表示：口袋里有部智能手機(jī)就像口袋里揣著煤油一樣。2016年，某知名手機(jī)品牌的“電池門”事件便是最好的佐證。此外，即便鋰電池已是目前公認(rèn)的、被推廣的最佳移動電源解決方案，但它“出眾”的續(xù)航能力仍然無法滿足人們的日常需求。更大的發(fā)光屏幕、更快的處理速度、更快的數(shù)據(jù)傳輸、更輕薄時尚的設(shè)計(jì)，這些都意味著許多智能手機(jī)的電量很難支持使用一整天。在使用兩年后，很多設(shè)備的電池續(xù)航時間都會急劇縮短，不得不被扔進(jìn)垃圾堆。

相關(guān)預(yù)測顯示，2022年，全球的電池市場規(guī)模將達(dá)到250億美元。未來十年，5G入場，手機(jī)能耗更高，人們對電池續(xù)航能力的呼聲在持續(xù)增大。鋰電池還有多少“寶藏”可以挖掘？

注定曲折的發(fā)展

電池的出現(xiàn)是空氣污染使然。20世紀(jì)中葉，世界上燃油車數(shù)量劇增，排放的尾氣加劇了城市的空氣污染。加上人們?nèi)找嬲J(rèn)識到石油是一種不可再生資源，這給汽車制造商和石油公司敲響了警鐘。為了生存，他們需要投資電動汽車和新能源。在這樣的壓力下，電池被研制出來。

鋰電池出現(xiàn)之后，很快“上崗”，并快速地走紅。人們普遍認(rèn)為它的工作原理是內(nèi)部帶電粒子以單一、均勻的方向流動。2018年9月，“路透社”報(bào)道稱，斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院和巴斯大學(xué)一項(xiàng)共同研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子在電解質(zhì)中的運(yùn)動是來回循環(huán)的。電池內(nèi)部產(chǎn)生隨機(jī)密集的離子，從而產(chǎn)生大量熱量，縮短電池的使用壽命。電池發(fā)燙的情況在我們的生活中仍隨處可見。鋰電池直到現(xiàn)在，仍在曲折地發(fā)展。

更安全、更持久的電池從哪來

人們對于電池的訴求也比較直觀——更安全、更長久。這既是科學(xué)家們長期以來一直努力的方向，當(dāng)然也是非常難以攻克的。即使他們嘗試了很多種方法，我們現(xiàn)在仍在使用著會發(fā)燙，并且需要反復(fù)充電的手機(jī)等電子產(chǎn)品。

事實(shí)上，鋰電池中的鋰只占2%左右，科學(xué)家們正在嘗試通過不同的方法來提高鋰的含量。如果有一種方法可以安全地把純金屬鋰從金屬鈷氧化物籠子里釋放出來，它可能會增加十倍的能量密度。科學(xué)家們還嘗試過利用硅來替代鋰電池的石墨陽極。一個硅原子可以附著4個鋰離子，這意味著與重量相近的石墨陽極相比，一個硅陽極可以儲存10倍的鋰。當(dāng)然，在提高鋰電池性能之前，安全才是第一位的，讓我們拭目以待吧。

（選自2019年第10期《大眾科學(xué)》，本刊有刪改）