通往鋰電池的道路
現(xiàn)代電池追溯到18世紀(jì)，當(dāng)時(shí)科學(xué)家們意外發(fā)現(xiàn)了一種處理靜電的方法——將金屬棒插入內(nèi)部裝滿鹽水、兩端涂有箔層的瓶子。用一只手接觸瓶子外部，而金屬棒接觸瓶子另一端，你就能體驗(yàn)觸電的感覺了。
在《電池：便攜式電源如何引發(fā)了一場(chǎng)技術(shù)革命》一書中，亨利-施萊辛格（Henry Schlesinger）描述了科學(xué)家們?nèi)绾窝芯窟@種名為萊頓瓶的設(shè)備。其中非常著名的發(fā)明家是詩人珀西-比希-雪萊（ Percy Bysshe Shelley）。年輕時(shí)的雪萊在妹妹的幫助下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。他還得到了妻子瑪麗-雪萊的啟發(fā)，后者在自己創(chuàng)作的小說《弗蘭肯斯坦》里將電作為主要的情節(jié)設(shè)計(jì)。
就在小說《弗蘭肯斯坦》出版后不久，安納塔西歐-伏特（Alessandro Volta）發(fā)明了第一個(gè)被廣泛使用的電池伏打電堆，就是在銅板和鋅板中間夾上用鹽水浸過的卡紙或布片，一層一層堆起來的蓄電池。
當(dāng)今的電池并未發(fā)生巨大的變化。切開電池內(nèi)部，你可以看見由金屬，例如鋰制成的一種材料，和另一種材料（一般是碳）。兩種材料之間是某種類似于伏特200年前使用的布片的物質(zhì)——由液體或者膠體包裹的塑料，目的是防止金屬發(fā)生相互作用，同時(shí)能夠讓原子自由移動(dòng)。
當(dāng)電池一端的金屬絲與另一端的相接觸，就產(chǎn)生了回路，電子會(huì)移動(dòng)，從而產(chǎn)生電流，導(dǎo)致燈泡發(fā)光、立體聲音響發(fā)聲或者鎖上汽車車門。對(duì)現(xiàn)在的電子設(shè)備而言，最流行的可充電電池鋰離子電池已經(jīng)被廣泛使用了20多年。
市場(chǎng)快速增長(zhǎng)
電池是科技的命脈。 根據(jù)歐洲知名研究機(jī)構(gòu)法國(guó)Avicenne Energy的估計(jì)， 1990年，隨著鋰離子電池涌入市場(chǎng)，全世界對(duì)電池的需求高達(dá)200000萬兆瓦時(shí)。這相當(dāng)于444億個(gè)勁量極限AA鋰電池，足以環(huán)繞地球57次。截止20年后，也就是2013年，這一需求已經(jīng)翻倍。
市場(chǎng)研究公司Lux Research預(yù)測(cè)截止2020年，僅用于驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的電池花費(fèi)將高達(dá)266億美元，比2014年大約增長(zhǎng)了30%。大多數(shù)需求來自智能手機(jī)和平板電腦，預(yù)計(jì)兩者在未來6年將增加45%。用于交通，例如汽車的電池花費(fèi)將翻倍，高達(dá)209億美元。
考慮到如此巨額的消費(fèi)，研究人員正在努力改善電池壽命。即便如此，可以物質(zhì)化的突破性進(jìn)展寥寥無幾。此外，幾乎所有的主要研究首先都關(guān)注于在汽車和電網(wǎng)方面的應(yīng)用。
科技巨頭，例如IBM，在加州圣何塞的阿爾馬登研究中心擁有一支專門研發(fā)電池技術(shù)的科學(xué)家小組。2009年，IBM投資了50萬美金要求幾名研究人員開發(fā)Battery 500項(xiàng)目：旨在打造一塊可以支持汽車跑500英里的電池，這意味著一次充電汽車就可以從舊金山行駛到洛杉磯，中途還能繞到沙灘上休息一會(huì)。
這一項(xiàng)目的關(guān)鍵是所謂的鋰空氣電池(The lithium-air battery)，這種電池并不是依賴碳和其它金屬，而是以鋰離子為主，IBM和他的合作伙伴相信他們能夠創(chuàng)造一種充滿空氣的容器，后者能夠與鋰發(fā)生相互作用從而產(chǎn)生電流。如果他們是正確的，那么這種空氣電池的重量或可能減輕一半。
但其中存在一個(gè)問題：為了實(shí)現(xiàn)能量的可持續(xù)和再充電過程，你必須獲得純凈的空氣，但我們現(xiàn)在呼吸的空氣充滿了污染物和水。“你需要機(jī)械裝置凈化空氣。” IBM電池項(xiàng)目負(fù)責(zé)人溫弗里德-維爾克(Winfried Wilcke)說道。這意味著這將增加電池的大小、重量和復(fù)雜性。
其它的科學(xué)家，包括來自美國(guó)麻省理工學(xué)院和德克薩斯州大學(xué)的研究人員，都在考慮使用其它材料，例如硅、硫和鈉。然而很多相關(guān)的研究和開發(fā)都是針對(duì)汽車設(shè)計(jì)。將這種技術(shù)應(yīng)用于消費(fèi)性電子產(chǎn)品可能還需要再多等幾年。
有些消極的科學(xué)家描繪了一幅較為悲慘的前景，他們認(rèn)為我們已經(jīng)達(dá)到了電池能力的極限。而其他人，例如美國(guó)加州電池初創(chuàng)企業(yè)Imergy Power Systems首席執(zhí)行官比爾-沃特金斯(Bill Watkins)，則對(duì)電池的前景持樂觀態(tài)度。“從來都不要低估一群擁有足夠科研資金的博士們的能力。” 沃特金斯這樣說道。
