電池效能提升,但仍有改進空間

幾十年來,電池一直在進步——但我們對它們的要求也越來越高

傑伊·本特

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“除了電池,每項技術都在逐年改進!為什麼沒人能發明更好的電池呢?” 天哪,如果我每次聽到有人這麼說都能得到五美分——嗯,我現在大概有 17.50 美元了。

但事實上,普通的科技愛好者忽略了關於電池的三個重要觀點。(二月份,PBS 播出了一個 NOVA 特別節目,名為“尋找超級電池”,我是主持人。在訪問實驗室和採訪科學家一年後,我可以承認,這些天電池一直縈繞在我的腦海中。)

第一點:您可能最常想到的電池是手機或筆記型電腦中的電池。但是您可以爭辯——許多科學家也確實如此——電池是解決更大問題的關鍵,例如能源、交通和氣候變化。


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例如,如今電動汽車僅佔美國新車銷量的約 1%。原因之一是它們比汽油動力汽車更貴。另一個原因是里程焦慮——消費者擔心他們的汽車會在遠離家園的地方沒電。目前正在開發的更便宜、容量更高的電池旨在解決這兩個問題。

還有電網。電力不像水,在管道中等待您開啟水龍頭。當您開啟燈時,必須立即即時發電。因此,電力公司每天都在應對能源需求的巨大波動。晚上幾乎沒有需求,因為每個人都睡著了,然後在下午 5 點出現巨大的高峰,那時人們下班回家。電力公司實際上維護著昂貴、低效、偶爾使用的備用發電廠(“調峰電廠”),只是為了應對需求激增,例如熱浪期間發生的需求激增。

連線到電網的電池可以消除這些荒謬的波動。也許更重要的是,電網電池可以在陽光照射時捕獲太陽能,在颳風時捕獲風能,以供我們在真正需要時使用。到目前為止,我們還無法讓太陽和風尊重我們的生活方式安排。

人們錯過的第二點:我們的抱怨往往是關於電池的容量:我們的裝置兩次充電之間可以執行多久。但事實上,容量(能量密度)只是行業願望清單上的一個專案。我們還希望電池便宜、用完後對環境無害、壽命長(即可充電數千次)、緊湊、輕便(特別是對於電動汽車)且安全。正如三星可以證明的那樣,手機爆炸會毀掉您的一整天。

總的來說,您不可能在一個電池中擁有一切。再說一遍,您並不總是需要一切。例如,電網電池不必是行動式或緊湊型的。因此,液流電池的曙光敞開了大門,在這種電池中,儲存在巨大罐中的化學物質在反應室內部彼此流過。或者飛輪電池,其中由鋼等材料製成的圓盤,重達數千磅,在無摩擦室(透過磁鐵懸浮在真空中)中每分鐘旋轉數千次,在夜間,保持它們旋轉的能量更便宜,以便工程師可以在白天回收動能作為動力。

第三個要點:幾十年來,電池確實一直在變得更好。我們沒有注意到的原因是,我們的裝置一直在變得更快、更強大、更耗電。天哪,如果您可以將現代 iPhone 電池放入 1995 年的手機中,它可能一次充電就能用一年。

其他偉大的事物即將到來。材料科學家邁克·齊默曼已成功地用一塊特殊的塑膠薄膜取代了高度易燃的液體電解質(離子在您充電或放電電池時透過它遊動)。瞧:一種不會點燃或爆炸的電池。而且由於它不會爆炸,齊默曼可以使用鋰金屬代替鋰離子化學,鋰金屬化學具有更高的能量密度,但被認為太危險,無法與今天的液體電解質電池一起使用。瞧:更長的壽命。

所以,如果您真的想抱怨您的電池,現在就說出來吧。用不了多久,它們的聲譽就會好得多。

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