手机的希望:锂硫电池?
说一千道一万,现在有希望应用在手机上的高能电池是什么?因为前面说的电池,基本都是作为动力电池,应用在汽车上面多,很难小型化。而我们常用的手机电池基本都是钴酸锂电池。因为现在钴酸锂电池的优点很多,比如相对安全、耐循充放电循环、工作温度范围广等等。即便是锂聚合物电池,钴酸锂也应用很多。

现在使用了大容量电池,在3、4G下依旧使用时间有限(图:anandtech.com)
但是问题是,从1991年索尼开始量产到今天,钴酸锂电池的密度提升有限,也就是扛不住现在的手机对电池的消耗。我们需要在现有体积上,容量更大的电池来支持智能设备的续航,而这现在是全世界的软肋。并且钴酸锂电池的主要原料,钴,本身并不算地球上富集的元素,价格也在逐年上涨。

锂硫电池是目前突破的主要方向,有望小型化用在手机上
目前基于锂金属的电池材料方案当中,研究的比较多的是锂硫电池。硫和氧是同族元素,所以锂硫电池的反应,有点类似锂空气电池,但是最大的不同是硫是固体。并且在理论上,锂硫反应的能量密度非常高,有望把现有钴酸锂电池的能量密度提升一个数量级,达到接近2000瓦时/公斤,电压1.5V-2V。

实验室里面的锂硫电池,问题非常多,距离产业化要走的路起码还有5年以上
锂硫电池的反应很简单就是2个锂与一个硫结合形成Li2S,锂失去两个电子。但是问题同样非常多。除了锂和硫本身活泼的属性之外,很大的问题是硫和硫化锂的密度差距很大,这样导致在反应的过程中有膨胀……并且硫本身导电性很弱,也不利于充分利用反应物。现在的办法是炭做载体。关于锂硫电池的研发投入非常大,但是至今也没有工业化的希望。很多实验室里得到的结果,甚至连重复实验都很难做到,因为反应很复杂,而反应的杂质有什么影响,也搞不清。恐怕能全部搞清楚也要段日子。

美国能源部橡树岭国家实验室展示它们的锂硫电池,不过也是实验室产品且不稳定
当然,除了上面说的几个热门电池,也有进行其它前沿研究,但是研究的深度还不如上述的电池材料。这种全世界研究十几年、得不到结果的状况,在电子设备上不多,但是到电池这里,已经卡住很多年了,参与研究不是几个企业,而是几乎全世界的科研机构、公司都想取得电池突破,但是都无功而返。
结论:绝望,只能继续忍受。如果你觉得自己是那个幸运儿,并且足够聪明,应该从事电池的研究,只要新的可行充电电池专利是你的,财富跻身世界前100应该问题不大,因为现在全球每年投入到电池研发上的资金加一起,恐怕已经足够将一个人送上财富富豪榜前列了。而作为普通消费者,恐怕依旧要继续忍受我们目前不给力的电池,并且不知道什么时候会有突破,或许十年、二十年,而这种材料科技,正是一个国家科学研究能力的体现。
电池大战正酣,鹿死谁手未知。

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