手机又没电了!说好的超长待机啥时候实现

作者: 圆的方块

来源: 果壳

发布日期: 2018-10-13

本文探讨了锂离子电池的瓶颈问题及其替代技术锂空气电池的发展现状和挑战。锂离子电池由于其理论储能上限,已接近技术发展的瓶颈。锂空气电池作为潜在的替代技术,虽然具有更高的能量密度,但其技术实现仍面临诸多挑战,如电解液的稳定性和高温操作条件等。尽管如此,锂空气电池的研究仍在持续,未来可能为解决电池储能问题提供新的方向。

在电子产品已经渗入到人类生活的今天,耳边能听到最绝望的声音也许不再是“他/她怎么不爱我了”,而是“啊!手机/电脑怎么没电了”。手机没电,生无可恋!对于不少人来说,手机等电子产品早已变成“伴侣级”的生活必备品,而手机对电池的依赖正像我们对手机的依赖一样(没它不行)。甚至可以说,人们对手机使用需求的日益增长和手机电量的飞速下降已成为了当代人生活的主要矛盾之一。

近些年,关于锂离子电池的“突破”纷至沓来。“容量翻倍”、“续航持久”、“快速充满”等关键词,不断撩拨大众的神经。但随之而来的理性分析,又使这些浮华的辞藻盎然失色。人们纷纷抱怨媒体标题误人,并没有切实解决目前的现状与困难。诚然,锂离子电池技术在不断进步。但从某种层面讲,锂离子电池早已徘徊在举步维艰的瓶颈阶段。造成这一瓶颈的最根本原因,是所谓的“物理天花板”——锂离子电池存在理论的储能上限。

很不幸,我们就要接近这个上限了。根据技术发展的“S型曲线”理论,一项技术大体是从出生、发展到瓶颈,直到被另一项技术所取代。锂离子电池也逃不出这样的宿命循环。当旧势力增长乏力的时候,新的势力总能异军突起,支撑起新的发展。在接替锂离子电池的众多技术中,锂空气电池,可能是个答案。

虽然前路漫漫,但锂空气电池却也在悄然生长,缓缓发展。让我们从IBM“失败”之后开始叙述,看看在蓝色巨人倒下后,又发生了什么。首先,需要回顾一下锂空气电池的基本要点。一块锂空气电池,由负极(金属锂)、正极(空气中的氧气)和电解液组成。虽然只有简单的三个部分,但每一部分的研究都面临着巨大的挑战。

以电解液为例。此前,常用于电池中的电解液是聚碳酸酯,它们不仅易燃易爆,而且在充放电时会不断侵蚀电极,基本上几次充放电后,一块锂空气电池就算报废了。2012年,来自牛津大学的化学家彼得·布鲁斯提出把聚碳酸酯换成一种名叫二甲基亚砜(DMSO)基的电解液。这种新型电解液就不那么容易与电极发生反应。于是,他们成功地让锂空气电池稳定循环了100次。

然而,随着研究深入,很多人开始对这个电解液产生质疑。原因倒不是出自二甲基亚砜本身,而是源自一种锂空气反应过程的中间产物——过氧化锂(Li2O2)。过氧化锂是一种强氧化剂,会把二甲基亚砜氧化二甲基砜,从而造成电池性能的极大衰减。有的研究组发现,因为这个氧化现象太严重,他们的电池循环了几十次后,整个电解液都变了颜色。人们甚至推测,布鲁斯的团队当初之所以循环100次,正因为这是二甲基亚砜保质的上限。

随后的进展来自于美国阿贡实验室。这家老牌研究所诞生于二战时期,曾制造出人类历史上第一个可控核反应堆。冷战之后,阿贡实验室的研究转向于能源方向,成为电池领域最受尊敬的机构之一。一个来自阿贡实验室的团队,通过将一种名为离子液体的材料与二甲基亚砜混合,成功地增强了电解液的稳定性。此外,他们还利用纳米技术,在原有电极的表面增加了一层保护膜。

这两方面的设计,极大的降低了副反应的发生,这个团队成功地将锂空气电池的循环记录提高到了750次。

虽然储能能力变得更强大,但无论怎么看,150℃都不是一个友好的温度。很难想象,怎么将一个堪比铁板烧的电池放进手机后盖,或者坐在热腾腾的电炉子上开车通勤。对于这一问题,研究者暂时也没有找到合适的应对方法,这无疑给锂空气电池的实际使用带来了障碍。

在看不到尽头的往复中,锂空气电池,是否还能给人类一个储能的答案?拭目以待。

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