[多圖]手機電池技術解析

“大屏幕、四核、超薄等”已經成為了旗艦手機的標配，這也對電池設計提出了很高的要求?，F在即便是手機“不吃不動”呆半天，電量往往也要大大減少，如果亂折騰的話，電池能保證半天的時間已經算是萬幸。難怪有朋友說現在的智能手機“干起活來像匹馬，耗起電來像老虎。”

三星下一代A15雙核處理器至今還只在Chrome Book上出現就是最好的例子——性能強但功耗問題也是明顯的!那么我們就來了解一下為這些高性能手機服務的電池技術吧。

聚合物鋰電池，刀鋒手機必備

聚合物鋰離子電池與傳統液態(tài)鋰離子電池主要區(qū)別在于電解質的不同。鋰離子電池使用的是液體電解質，而聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質來代替，這種聚合物可以是“干態(tài)”的，也可以是“膠態(tài)”的，這點正好彌補傳統鋰電池的缺憾。

相信不少朋友都見過傳統手機電池的容貌：除去包裝，就是全身“鎧甲”——由于采用液體電解質，所以傳統的鋰電池必須使用“鐵罐”等金屬容器密封，所以超薄化設計及形狀設計上均受到限制。而鋰聚合物電池因為其電解質為膠狀，如同橡皮泥一樣具有一定的可塑性，可以根據手機內部空間來進行一定的變“形”，很容易將手機電池的厚度縮小到2~4mm，大約比名片的厚度稍厚一些而已，所以才有了現在薄如刀鋒一般的手機。

可任意變形的電池

雖然鋰聚合物電池具有形狀靈活的可塑性，但通常是以平板的形式出現，限制了設計者利用它們發(fā)揮的空間，同時此類電池的容量也有限。針對這個缺點，LG的研究人員發(fā)明了一種可彎曲及旋轉的電纜式電池：這種電池可放進耳機中為你的手機充電，或編進首飾及紡織衣物中，為可穿戴的電子產品供電。

在制作電池時，研究人員首先使用了幾束鍍有鎳和錫(兩個活性電極材料)的細銅線，接著將銅線編進金屬線中，再將金屬線纏繞在一根小圓桿周圍，纏好后將圓桿抽走并拉伸線圈。就這樣制造出了一根強力彈簧，直徑約1毫米，成為電池的結構支架和陽極，再以鋁線將其包覆，之后電鍍鋰鈷氧化物構成陰極，最后在極柱間加入電解液后添加外層保護層。這樣就得到了具有普通鋰電池一樣性能的可彎曲電池。

可彎曲電池的出現有望突破現有移動電子產品的設計瓶頸，不過該項技術近期內仍無法走進我們的生活，估計在2017年才有望開始大規(guī)模生產。

你變形，我超能!新型高性能鋰離子電池

想象一下，有這樣一部智能手機，充電只需5分鐘，續(xù)航可達10小時，很神奇吧?! 美國科學家不久前就研制出這一種具有革命性的電池。我們都知道，鋰離子電池的儲電量是由電池內部的鋰離子數量決定的。在由石墨烯組成的傳統鋰離子電池中，每六個碳原子可容納一個鋰原子。為了增加儲電量，科學家采用了石墨烯與硅結合的方式：硅可以容納更多的鋰原子(每四個硅原子就能容納一個鋰原子，而每六個碳原子才能容納一個鋰原子)、可使能量密度更高，而石墨具有膨脹收縮性小、不容易變形、破裂的特性，這樣一來在保證電池穩(wěn)定性同時，也可最大程度上增加穿梭于電池中的鋰離子數量。

那么，如何才能讓充電速度更快呢?電池充電慢是因為鋰離子從一個電極流向另一個電極需要一定時間。長期以來，鋰離子電池的充電效率一直受到石墨烯形態(tài)的制約：電池中的石墨烯片非常薄，厚度只有一個原子，而面積就顯得相當龐大了。充電時，鋰離子必須繞過面前的石墨烯片才能就位，它要先向外移動到石墨烯片的邊緣處，然后回到兩片石墨烯中間停留，這個過程耗時漫長、頗費周張，導致石墨烯片的邊緣經常發(fā)生“交通阻塞”。有鑒于此，研究人員自然想到了疏導交通的方法----既然決定充電時間的是鋰離子在石墨烯層之間的移動速度，那為何不給這些離子開辟幾條捷徑呢?借助化學氧化技術，研究人員在石墨烯片上鉆出了數以百萬計的小孔，每一個小孔的直徑都在10到20納米之間。這樣一來，鋰離子就能更加自由地在電池中穿行，充電速度也隨之提高了。

經過這樣改造的鋰離子電池，就如如鋰電中的“超人”----電量和充電速度都提高到了原來的10倍。這項技術最大的優(yōu)點是可研制出體積更小、重量更輕的電池，讓手機和筆記本電池的個頭只有一張信用卡大小。

火熱的“芯”，燃料電池

無論鋰電池怎么改進，仍無法擺脫充電的詛咒——電池容量越大，充電時間越長。如果在電池原材料上沒有大的突破，鋰電池容量繼續(xù)提升則極其困難。新一代電池的開發(fā)勢在必行，其實業(yè)界最看好的未來手機電池是一種在多年前就已有研究的燃料電池。

燃料電池，顧名思義即靠燃料驅動的電池。早在1839年，英國人W.Grove就提出了氫和氧反應可以發(fā)電的原理，這就是最早的氫-氧燃料電池。通常燃料所產生的能量是以能釋放的，而燃料電池不釋放熱能，它是將其分解成氫離子和電子而轉化成電能。經過了近200年的發(fā)展，當今研發(fā)的燃料電池幾乎都使用液體甲醇為燃料。在燃料電池內部，液體甲醇在分解的過程中僅僅產生水、二氧化碳和熱能，并且會被電池的釋放孔釋放。真正將化學能轉換為電能的部件，實際上是燃料電池中的碳精和高分子電解質膜。在燃料電池工作時，甲醇會因為鉑金的觸媒作用被分解為氫離子和點子，由于電解質膜只能通過氫離子，所以電子會被質膜攔截后經過炭精被導向負極產生電流。與此同時，氫離子經過質膜后會被倒入到正極與空氣中的氧結合成水蒸汽，然后通過電池的釋放口排除電池外。和普通電池相比，燃料電池具有驚人的能量密度，而且更兼?zhèn)淞藷o污染、高效率等優(yōu)點。

在去年11月份美國專利商標局公布了蘋果新獲得的兩項專利，這兩項專利為便攜式計算設備的燃料電池系統和便攜式計算設備燃料電池系統耦合。這兩項專利暗示蘋果可能正在研究使用燃料電池技術來解決其iPhone、iPad以及Macbook電腦等產品的續(xù)航問題。值得注意的是，日本的Aquafairy已經推出一種微型的燃料電池--- AF-M3000燃料電池。AF-M3000使用的燃料為乙醇，能在90分鐘內用一個燃料電池匣將iPhone4充電至50%。不過，每個燃料電池匣的價格接近200元，充一次電成本真的不是一般人能接受的!相對于使用成本高昂的AF-M3000來說，Lilliputian Systems公司為零售商Brookstone所開發(fā)的USB移動燃料電池無疑更靠譜點。這款燃料電池外形僅為普通打火機大小，通過添加丁烷燃料來供電，一塊電芯可以為iPhone 4充電次數約10～14次，而更換內部電池大概就是星巴克一杯咖啡的錢!

寫在最后

從鎳鎘電池到燃料電池，我們見證了充電電池在性能和壽命上的蛻變。面對新型電池技術的發(fā)展，我們的數字生活必將因為電源的更迭產生翻天覆地的變化。也許過不了幾年，我們就不再需要為手機、筆記本續(xù)航能力擔心，充一次電用幾個月的手機也不再是天方夜譚。同時，沒有電池瓶頸的限制，手機的性能也會呈幾何速度增長，帶來更多不可思議的應用方式……

延伸閱讀

曾經出現的太陽能手機

為了給手機提供更長的續(xù)航能力，廠商們絞盡腦汁，辦法也是花樣翻新，如有些手機廠商在手機外殼上設計了一塊薄膜太陽能電池，如果手機電池耗盡，讓太陽曬上 30分鐘，就能繼續(xù)通話。至于能用多久，官方的回答是一分鐘左右……或許這種做法真的是廠商不得已而為之，曬太陽通話的法子遠不如多帶一塊電池來得靠譜。但由此確實可以看出手持設備對于電池續(xù)航能力的渴求。