美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室能量存儲和分布式資源部門(mén)負責人溫卡特•斯里尼瓦桑（Venkat Srinivasan）表示：“要擁有續航能力達到一周或更長(cháng)時(shí)間的電池，你就必須尋找能量密度更大的電池，這也是目前探索的關(guān)鍵所在。”能量密度指的就是存儲在一塊電池中的能量數量。為了使得智能手機和平板電腦中的電池續航能力提高到一周的水平，研究人員就必須在未來(lái)兩年中將能量密度提高一倍。

近來(lái)針對手機電池的研究使得能量密度能夠每年提高5%至6%，換算下來(lái)就是將這些電子設備的續航能力延長(cháng)數小時(shí)。斯里尼瓦桑表示：“我并不認為有一種新技術(shù)明天就會(huì )出現，能將電池能量密度提高一倍。如果這項技術(shù)誕生的話(huà)，將把我們帶入一個(gè)全新的階段。”

 

電池領(lǐng)域的突破性發(fā)展相對而言較為少見(jiàn)，最近的一次出現在上世紀90年代，當時(shí)出現了可以多次充電的鋰電池產(chǎn)品。SLAC國家加速器實(shí)驗室（SLAC National Accelerator Laboratory）材料科學(xué)家邁克爾•托尼（Michael Toney）指出：“電池是非常復雜的研究對象，其復雜程度使得難以實(shí)現某種可持續的性能提升。”不過(guò)，托尼認為在未來(lái)五年時(shí)間里將iPhone續航時(shí)間延長(cháng)一倍在理論上也并不是完全不可行的，但是要到達那個(gè)水平必須有一個(gè)飛躍式的發(fā)展。托尼目前參與了一個(gè)科研團隊的研究。該團隊通過(guò)對電池充電和放電進(jìn)行觀(guān)察，以便更好地預測電池的續航時(shí)間，并進(jìn)一步尋找可能提升電池性能的技術(shù)。

 

除了提升電池兩次充電間隔的時(shí)長(cháng)外，電池的使用周期也是需要考慮的一個(gè)因素。一些電池在充電數百次后，其容量水平往往不及其原始水平。當一款電池充好電時(shí)其容量只有原始水平的80%時(shí)，我們就可以判斷這款電池的使用周期到頭了。

 

據蘋(píng)果公司稱(chēng)，iPhone在充電500次后，其電池就只剩下80%的容量了， MacBook和iPad相對較強，可以反復充電1000次左右。針對未來(lái)電池的提升不僅要優(yōu)化電池內的能量存儲，針對其便攜性、重量以及大小也有要求。為了找到一款更強悍、但體積又較小的電池，我們可以嘗試尋找一種可以容納更多離子的新物質(zhì)。

 

我們目前手機和筆記本電腦使用的大多是鋰離子電池，通常人們稱(chēng)其為鋰電池，它主要依靠鋰離子在陽(yáng)極和陰極之間移動(dòng)來(lái)工作。此前有研究稱(chēng)，可以用硅替代石墨作為可充電鋰離子電池內的陽(yáng)極，借此可研制出持續時(shí)間更長(cháng)且性能更強的電池。斯里尼瓦桑表示：“我們不會(huì )一下子把硅大量放入電池中，并希望其有效果，這樣的方式行不通。于是，我們只能將硅一點(diǎn)點(diǎn)加入到現有的電池產(chǎn)品中。”這一方法背后的邏輯是，一點(diǎn)點(diǎn)使用硅提升電池的能量密度，直到硅較石墨達到了一個(gè)顯著(zhù)相對多數的比例。

 

陰極方面，硫磺最有可能取代目前電池中所使用的金屬氧化物，例如氧化鈷。另?yè)估锬嵬呱Ｋ?，另一個(gè)方面的改進(jìn)則是使用鎂替代目前的鋰。根據最新的研究，鎂的充電速度是鋰的兩倍，其充電次數也是后者的兩倍。此外，另一種可能取代鋰的金屬是鋁，其充電次數是鋰電子的三倍。不過(guò)，這些材料目前仍處于實(shí)驗室的探索階段，在引入市場(chǎng)被廣泛使用之前還需要相當長(cháng)的一段時(shí)間。

 

研究人員還在探索通過(guò)簡(jiǎn)化不存儲能量的零配件以提升電池性能，通過(guò)減少零配件使得有用部門(mén)的部件做得更大，提升能量密度，但也使得消費者充一次電能使用得更久。很多國家級實(shí)驗室以及研究機構在研究突破性電池技術(shù)方面得到了資金支持，但這些資金的大部分用于支持電動(dòng)汽車(chē)的研究，而非移動(dòng)設備。

 

不過(guò)，由于在研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)的過(guò)程中，電池的能量密度、使用周期以及安全性都是非常重要的部分，因此一些技術(shù)可能也被移植到移動(dòng)設備上。不過(guò)在技術(shù)移植上還有一筆復雜的經(jīng)濟賬。對于移動(dòng)設備，電池的成本通常較低，而對于一輛電動(dòng)車(chē)而言，電池占據很大一部分成本。此外，廣泛用在手機電池中的氧化鈷要是用在汽車(chē)電池中，那成本就太高了。

 

再者，不含有任何液態(tài)零部件的固態(tài)電池以后可能是電動(dòng)汽車(chē)的主力配置。不過(guò)，據加拿大滑鐵盧大學(xué)的化學(xué)家琳達•納扎爾（Linda Nazar）表示，這種技術(shù)對于移動(dòng)設備而言目前還沒(méi)有步入研發(fā)階段，這其中有經(jīng)濟的問(wèn)題，牽涉到研究經(jīng)費，但也有安全方面的考慮。

 

納扎爾說(shuō)：“當你把這么多能量裝入一個(gè)小口袋中，安全問(wèn)題就不得不考慮。” 納扎爾同時(shí)也指出，固態(tài)電池的最新研究成果尚無(wú)法應用到移動(dòng)電池上。不過(guò)，近年來(lái)，移動(dòng)設備電池的性能也有所提升，在筆記本電腦上配備高性能電池能使用戶(hù)有機會(huì )完成更多的工作。

 

事實(shí)上，研究人員確實(shí)在移動(dòng)設備電池研發(fā)方面取得了進(jìn)展，只是速度太慢，幾乎不被人察覺(jué)。納扎爾說(shuō)：“與兩年前相比，現在大家關(guān)注的是更加快速的處理器以及更加明亮的顯示屏。對于移動(dòng)設備而言，電池性能肯定有提升，可能只是人們沒(méi)有發(fā)覺(jué)罷了。”