近二十多年以来,大量更轻续航更强的电池问世,使得智能手机,运动相机,无人机,商业化电动车和无线耳机等等电子产品迅速崛起,所以我们的未来会由电池来主宰吗?针对此事我们有两个重点要说。一,我们制造的电池能够有多轻和有多大的电容量呢?二,我们能够实际做出这么多电池吗?
好的,事实上我们知道现在的电池技术越来越好了,相比90年代初的时候,现在每公斤电池的储能几乎高了两倍,意思就是说只要一半的重量就能储存一样的能量,这样无人机和手机才得以诞生和迅速崛起,那么这种成长趋势的极限是?电池在原理上其实是非常简单的,拿两种金属水溶液,一种金属想要籍由溶解至水中来获取更多电子,一种金属却想要变回原本的固体,但是需要电子的协助,如果你用电线或任何导电物将两者连接在一起,那么它们就会互相满足对方的需求,不管是溶解也好,析出也罢,都会利用电线来传导电子,没错,这样就产生了电流。当你强制将电子倒回去,它们会重置刚才的溶解和析出,这,就是我们所说的充电。看是不是很简单?
其实针对电池重量和容量的根本性限制,有两大变因,一就是你所用的物质,二就是每个电子能够提供多少能量,所以你需要一种物质,既轻又能在释放出电子时提供最大的能量。在元素周期表左边的物质,像是锂,钠,铍它们就非常想要失去电子,而右边的物质像是氟,氧,硫则非常想要电子,而上方的元素又比较轻,那我们就拿锂和氟来做电池,不就完美了吗?
不幸的是,我们并不能这么做,原因是锂和氟的反应太过强烈,我查了很多资料,唯一找到锂和氟的实际应用是——非常强大而又危险的火箭燃料。我们虽然知道电池的原理很简单,但事实上制造过程却是非常复杂的,要组合两种能反应的物质,又能够在常温常压下控制它们。举例来说吧,氧是一种气体,硫是一种糟糕的导电体,而钠易于溶解还容易爆炸。我们想要用这些东西来做电池(虽然很难,但不是不可能)。现在的轻量可充电式商业电池一则使用碳化锂,二就有很多种选择了,但通常都是锂钴氧化物。锂原子为了转移电子可以溶解或析出(沉积),这个就是我们所说的锂离子电池。其他的物质它们虽然也能够协助反应,但是却增加了电池的重量,所以电池能够多轻呢?
理论上的计算应该可以把锂离子电池的重量占到现在的一半,现在一个开发中较轻的后起之秀是锂硫电池,在同样的储能情况下要比锂离子电池轻的多。因为锂和硫的组合比锂和钴氧碳的组合还轻,所以在同样的电池容量下,重量只有锂离子电池的30%,当然还有一种更好,但是问世估计还要很久的科技,就是锂氧电池,这种电池的重量只有锂硫电池的四分之一,这已经是离物理限制的极限不远了,没有任何物质可以比『锂溶解和氟析出』提供更多的单位输出能量,而且因为礼服电池也过于危险几乎做不出来,就算做出来了也只会比锂氧轻10%,理论上的电池大约只有现在锂离子电池5%的重量。
?所以我们的结论是:电池也许不是最终的未来,还有很长的路要走,但每次成功都将使这个世界变得更加完美。
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