电池性能提升,但仍有改进空间

几十年来,电池一直在进步——但我们对它们的要求也越来越高

杰伊·本特

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“除了电池,每项技术都在逐年改进!为什么没人能发明更好的电池呢?” 天哪,如果我每次听到有人这么说都能得到五美分——嗯,我现在大概有 17.50 美元了。

但事实上,普通的科技爱好者忽略了关于电池的三个重要观点。(二月份,PBS 播出了一个 NOVA 特别节目,名为“寻找超级电池”,我是主持人。在访问实验室和采访科学家一年后,我可以承认,这些天电池一直萦绕在我的脑海中。)

第一点:您可能最常想到的电池是手机或笔记本电脑中的电池。但是您可以争辩——许多科学家也确实如此——电池是解决更大问题的关键,例如能源、交通和气候变化。


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例如,如今电动汽车仅占美国新车销量的约 1%。原因之一是它们比汽油动力汽车更贵。另一个原因是里程焦虑——消费者担心他们的汽车会在远离家园的地方没电。目前正在开发的更便宜、容量更高的电池旨在解决这两个问题。

还有电网。电力不像水,在管道中等待您打开水龙头。当您打开灯时,必须立即实时发电。因此,电力公司每天都在应对能源需求的巨大波动。晚上几乎没有需求,因为每个人都睡着了,然后在下午 5 点出现巨大的高峰,那时人们下班回家。电力公司实际上维护着昂贵、低效、偶尔使用的备用发电厂(“调峰电厂”),只是为了应对需求激增,例如热浪期间发生的需求激增。

连接到电网的电池可以消除这些荒谬的波动。也许更重要的是,电网电池可以在阳光照射时捕获太阳能,在刮风时捕获风能,以供我们在真正需要时使用。到目前为止,我们还无法让太阳和风尊重我们的生活方式安排。

人们错过的第二点:我们的抱怨往往是关于电池的容量:我们的设备两次充电之间可以运行多久。但事实上,容量(能量密度)只是行业愿望清单上的一个项目。我们还希望电池便宜、用完后对环境无害、寿命长(即可充电数千次)、紧凑、轻便(特别是对于电动汽车)且安全。正如三星可以证明的那样,手机爆炸会毁掉您的一整天。

总的来说,您不可能在一个电池中拥有一切。再说一遍,您并不总是需要一切。例如,电网电池不必是便携式或紧凑型的。因此,液流电池的曙光敞开了大门,在这种电池中,存储在巨大罐中的化学物质在反应室内部彼此流过。或者飞轮电池,其中由钢等材料制成的圆盘,重达数千磅,在无摩擦室(通过磁铁悬浮在真空中)中每分钟旋转数千次,在夜间,保持它们旋转的能量更便宜,以便工程师可以在白天回收动能作为动力。

第三个要点:几十年来,电池确实一直在变得更好。我们没有注意到的原因是,我们的设备一直在变得更快、更强大、更耗电。天哪,如果您可以将现代 iPhone 电池放入 1995 年的手机中,它可能一次充电就能用一年。

其他伟大的事物即将到来。材料科学家迈克·齐默曼已成功地用一块特殊的塑料薄膜取代了高度易燃的液体电解质(离子在您充电或放电电池时通过它游动)。瞧:一种不会点燃或爆炸的电池。而且由于它不会爆炸,齐默曼可以使用锂金属代替锂离子化学,锂金属化学具有更高的能量密度,但被认为太危险,无法与今天的液体电解质电池一起使用。瞧:更长的寿命。

所以,如果您真的想抱怨您的电池,现在就说出来吧。用不了多久,它们的声誉就会好得多。

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