那么多年过去了,为什么手机电池还是 3000 毫安?

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2015-02-11 18:40

如果现在推出一款续航时间长达 4 天的智能手机,估计它会卖疯。从 2007 年到 2015 年,8 年时间里,智能手机的电力始终是用户的痛点,而且不管手机厂商在产品上采用了多少节电的设计,智能手机依然只能维持至多一天半的使用,而大部分手机电力,也只够大半天使用而已。

不过,我们不能过多的苛责手机厂商,我记忆当中,为了解决电力的痛点,手机厂商把可以用的招数都用上了——在硬件方面,增加电池的容量这自不必说,动态调整 SoC 的内核运行频率,PSR 自刷新,Nega 负液晶,协处理器,VOOC 快充,20nm 制程等等;在软件方面,智能手机的节电模式变得越来越激进,进入 “超级省电模式”,甚至会直接把屏幕变成黑白,将 3G/4G 无线网络给断开,除了手机基本的通话短信功能外,其它 App 都不能打开,至于降低 SoC 的工作频率,这已经是基本常识。

手机厂商挠破头皮想了这么多的办法节约手机的电量,但仍挡不住越来越耗电的手机元件。屏幕是手机的耗电大户,它现在变得越来越大;4G 网络也比 3G 网络更加耗电;现在的手机还希望所有用户默认把蓝牙打开;而且,性能越来越强大的 SoC 对改善电力的问题上帮助不大。

更重要的是,手机电池的容量提升到 3000 mAh 之后,就再难进步了。换言之,不管使用多少节电的技术,在手机元件以及由于一直联网的耗电量越来越大的情况下,手机电池容量若得不到提升,那么手机的续航时间就很难突破 “半天” 的限制。现在提升手机电池的技术变得越来越重要,因为特斯拉(Tesla)之类电动汽车未来会变得越来越流行——更重要的是,特斯拉采用的是和手机电池一样的锂离子电池。所以,手机电池技术有任何一点微小的进步,将对手机行业以及电动汽车行业,还有未来更多产品构成深远的影响。

那么,为什么手机任何一个部分在过去 8 年时间都取得了飞跃式的技术进步,但电池部分却一直停滞不前?安迪(Andy Chu),曾任 2012 年破产的新能源初创公司 A123 高管,对 MIT 科技评论说:

能源储存是大玩家才进入的游戏,因为在电池上,太多事情可以发生错误。我希望初创团队们能取得成功。但你看最近几年,情况并不乐观。

获得通用电气与美国能源部投资的新能源初创公司 Envia Systems 也遭遇滑铁卢——2012 年在华盛顿的重大会议上,它宣称研发出了能量密度更高,但成本更低的电池。当时,公司主席以及 CEO 阿图尔(Atul Kapadia)在电话会议上称公司的电池 “电池的成本将会是今天的电池成本的一半以下——可能会达到 45%,并且能源密度将会是传统电池的三倍。” 随后,该公司还与通用达成合作关系,将为通用的新电力车型提供电池。

然而,2013 年 2 月,通用方面检验 Envia 的电池时,却发现虽然电池达到 400 瓦特时/公斤的能量密度,但却无法支持宣称的 300 个重放电循环。随后,通用再经过了广泛的检测之后发现,Envia 交付的电池达不到自己所宣称的标准。——最终通用结束了 Envia 的合同。一颗能源新星最终堕入深渊。

史蒂夫(Steve LeVine)是 QZ 驻华盛顿的记者,他最近写了一本名为《The Power House》的书籍,里面描绘了 Envia 在电池技术研发方面所遇到的困难。而它一家的困难,也是千千万万家的困难。

Envia 首先面对的困难是,尽管电池工业已经发展多年,但人们对电池的原理依然陌生。换言之,人们可以通过反复实验,从而得到一个最优结果,但却无法说出原因。结果,当技术研发人员试图改变电池的某一部分时,无法准确把握它所带来的影响,以至于出现问题时,完全找不到原因。此外,由于对电池理论缺乏足够深入的了解,一些不曾预见的问题,往往潜伏数年后才被发现。

No zuo no die,Envia 在研发上遭遇的困难,部分因为它决定在电池上采用两种实验性的电极材料,而非一种。换言之,干扰技术人员的原因又多了一种,以复杂理论的角度来看,不确定因素一多,就会衍生出大量不可预知的问题。

2006 年,Envia 授权阿拉贡国家实验中心(Argonne National Laboratory)研发一种有前景的电池材料,然而,出现了一严重的问题。这个问题被一名产品经理称之为 “厄运因子”——当随着时间的推移,电池电压会发生变化,导致电池无法使用。阿拉贡的研究人员调查了问题的原因,但却找不到可靠的答案。此外,阿拉贡的研究人员在不断解决研发新材料电极所遇到的问题时,采用不切实际的制造工艺。换言之,即便这个电极研发出来,Envia 也无法通过工厂把它生产出来。

直到 2012 年,Envia 公开宣布自己发明了一种新电池时,该公司依然不知道原因。LeVine 称,公司联合创始人苏杰(Sujeet Kumar)知道大概原因是出在复合材料的涂层上,但他没有资源、能力去把背后的原因找出来。最后,公司称,无法复现自己曾经开发出的高能量密度电池,是因为有一批电池包含了污染物,但公司不知道该污染物是什么——小小的物理、化学的变动,就能够令电池的性能产生剧烈的变化。

Envia 这家公司的网站还在,但最近已经少有动静,也许它还在憋大招。它的故事告诉我们,电池技术难以跨越有几点原因:

  • 电池的基础理论研究仍有待提高,否则 Envia 就不会无法重现自己曾经的研发成果了;
  • 电池的技术攻坚需要耗费大量的资金,非大公司不行。Envia 2009 年、2011 年、2012 年、2013 年分别获得 770 万、1700 万、400 万、100 万、300 万美元的投资、财政支持资金,一共 3270 万美元——但也研发不出自己宣称的电池。

 

题图来自 energyearth

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