20211022 无法缓解的 手机电池容量焦虑史

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20211022 无法缓解的 手机电池容量焦虑史

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从最初的“大哥大”到现在的智能机,手机电池容量的变化已经不是攀升,而是飞跃,但人们对电池容量的焦虑却一点都没减轻。不断发展的电池为什么无法满足人们不断增长的续航需求呢?

手机发展史也是一部电池容量焦虑史
1973年,美国摩托罗拉公司的工程师马丁·库帕发明了世界上第一部真正的手机。不过,使用这部手机,与其是说在打电话,不如说是在举铁,因为它足足有2千克重。
库帕这款手机的重量和它之前那些所谓的“手机”比起来还是轻了很多,要知道,瑞典埃里克森公司在20世纪50年代制作的“手机”光电池就有近40千克。10年后,我们所熟知的“大哥大”诞生了。作为人类第一款商用手机,它的重量也不轻,差不多有0.9千克。
在“大哥大”那巨大的身体里,有一半都是电池,但它的电池容量只有500mAh(电池容量的计量单位),而且需要10个小时才能充满,充满后却只能打30分钟电话。
和第一代可充、放电的铅蓄电池(未曾用于手机)相比,镍镉电池体积小、电流大,而且反复充、放电500次都没问题。当然,它也有许多缺点,比如电池容易发热、镉元素有毒、不好回收等,但这些问题都没有记忆效应严重。
所谓记忆效应,就是电池在电量没有全部用光的时候就充电,容量会变小。比如你经常在还剩50%电的时候开始充电,久而久之电池就会“认为”电池的最低电量就是50%。
对于只能支持30分钟通话的“大哥大”来说,记忆效应是致命的。记忆效应的阴影甚至影响到了现在,很多人在使用锂电池时还会认为:电放干净再充对手机才好(其实恰恰相反)。
1989年,新一代镍氢电池的商用化缓解了记忆效应带来的电量尴尬。镍氢电池无毒,虽然有记忆效应但很容易恢复,而且它的容量更大:一款1997年推出的搭载镍氢电池的手机,电池容量已经达到了1300mAh。
不过,镍氢电池也有缺点,它发热量大,不用的时候漏电很厉害——即使关机了,也不能阻止电池把电耗光。因此,镍氢电池随着锂电池的逐渐商用也被取而代之了。
手机之光——锂电池
1991年,锂离子电池,也就是人们常说的锂电池首次进入商用领域,手机终于获得了持久而稳定的续航。可以说,如果没有锂电池的加持,就没有今天功能众多的手机和五花八门的APP。相比于镍镉电池、镍氢电池,锂电池容量大,没有记忆效应,发热量也小,除了造价贵之外,几乎没有什么缺点。
现在的锂电池和之前用的锂电池相比,容量已经提升了数倍,但这种提升速度却依然跟不上时代的步伐。如今的智能手机,性能先进,各种大型软件、即时通信软件耗电量都很大,而人们用手机的时间也越来越长。
锂电池容量就不能再增加了吗?恐怕很难。想增加锂电池的容量,无非就是提高锂原子的占比而已。现在锂离子电池中的锂原子占比仅不到1%,看似还有很大的提升空间,但提升后的安全性却无法得到保障。
锂电池该如何充电?锂电池没有记忆效应,但害怕过度放电和充电。过度放电和充电会让部分锂原子被死死地“压进”正负极中无法逃脱,导致电池容量变小。所以,锂电池一般可以在还剩20%电量的时候充电,充到90%的时候结束充电。
不过,现在手机的锂电池中都有保护电路,会在过度充电时切断电路。尽管如此,还是尽量避免充电过夜。另外,在充电期间玩手机游戏也会导致电池温度提升、寿命缩短。
电池容量焦虑问题什么时候才能解决
从根本上解决人们对手机电量焦虑的方法,还是改进电池。
科学家们至今还没有放弃锂电池,硅和锂金属都被认为是可以作为负极的潜在材料。几年前,新加坡南洋理工大学的科学家曾尝试用二氧化钛凝胶代替石墨,但这种改进只是让充电变得更快,电池容量却不见增加。
以硫为阳极的锂硫电池是在短期内最有可能成功的技术之一。只不过,锂硫电池在连续充电后电解液迅速降解的问题很难解决。
除此之外,人们还尝试使用固态物质代替锂电池里的电解液,这样就没有刺破短路的风险了。但固态物质与阴阳两极的接触可没法做到液态物质那么紧密,电导率也难以提升。
在锂电池之外,燃料电池也为电池的未来提供了一种新的可能性,比如氢能源汽车如今已经在日本上市了,但这种电池能否用在手机上,还是个未知数。
当然,还有一种最为简单、也最为环保的解决方法,那就是放下你的手机,让眼睛好好休息一下吧。
(据科普中国)

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