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为什么锂电池技术都获得诺贝尔奖了,还解决不了手机一天一充的现状?光伏发电涉及化学变化吗

作者:机械网
文章来源:本站

  

为什么锂电池技术都获得诺贝尔奖了,还解决不了手机一天一充的现状?光伏发电涉及化学变化吗

  

为什么锂电池技术都获得诺贝尔奖了,还解决不了手机一天一充的现状?光伏发电涉及化学变化吗

  

为什么锂电池技术都获得诺贝尔奖了,还解决不了手机一天一充的现状?光伏发电涉及化学变化吗

  题主你好。

  锂电技术获得今年的诺贝尔奖,说明锂电技术仍然是热门技术领域,具有相当广泛的应用前景。但目前手机电池普遍一天一充,主要原因如下:

  目前用一项新技术,石墨烯覆盖硅阳极技术:将硅(Si)用作阳极材料,其储能能力大大提高。与传统的石墨电极相比,硅的容量理论上提高了十倍。但是,其晶格结构包含锂离子会导致体积显着增加超过300%。当电池放电时,锂离子从硅阳极释放,硅收缩。随着时间的流逝,这种反复的膨胀和收缩使硅阳极破裂并破裂,电池的使用寿命非常短。

  解决这一问题的途径是使用石墨烯覆盖硅,因为石墨烯片可以彼此“滑动”,并补偿硅的膨胀和收缩,这几乎使电池的能量密度增加了一倍。但目前此项技术还停留在实验室研究阶段。

  因此,新技术虽然很有诱惑力,但是实际应用起来还需要时间。相信未来一定有容量大、充电快的新型锂电池,让我们拭目以待。

  1、从诺贝尔奖角度:奖项是滞后的

  诺贝尔奖奖励的是对人类社会有贡献的,一个技术势必是经过很长一段时间考量和验证。

  如果现在有一项新的电池技术,带来了新的技术突破,那么多年也很可能拿诺贝尔奖,但多年后新的电池使用设备,也将对电池将提出新的性能要求。2、从电池角度:技术发展限制

  电池里的组件,比如:外壳、集流体、隔膜、电解质等,本身不提供容量,但它们却占用了电池本身不少空间,另外手机设备空间本身也有限,这要求锂电池不断提升能量密度,

  但从第一块商业化的锂电问世以来,这28年的时间,锂电池能量密度的年均增长率也就是4%左右,锂电池没跑赢3C数码的跑不赢摩尔定律。摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出来的。其内容为:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。3、从手机角度:一天一充符合商业逻辑

  手机厂商在不断在提高手机性能,比如:提升相机分辨率、CPU性能、GPU性能、 闪存速度、屏幕分辨率。

  另外一方面为满足更多的市场用户需求,设计的软件功能也越来越复杂。

  手机的这些软件提升,都给电池带来了新的挑战。

  2022年诺贝尔化学奖颁给了三位在锂电池发展上做出了伟大贡献的科学家。

  如今我们之所以能够随时随地看头条、聊微信、玩游戏、刷微博,都离不开这三位科学家对锂电池基础的奠基性奉献!

  残酷的说:不是!至少目前不是。

  现实就是:无论千元机,还是几千+的旗舰机,用起来几乎都还是需要每天充电。可以说智能手机发展历经这么多年,从外观到性能,都有一次比一次亮眼的进步。

  但是!唯独在手机电池这一方面,始终没有什么重大突破。

  这是为什么呢?

  我们的手机屏幕是耗电大户的一员,手机发展到现在,早已不限于从前的打电话发短信了,手机成为了人们接收信息的一种平台。

  为了满足和吸引消费者,手机厂商把手机屏幕做的更大更清晰,720P,1080P,4K,

  随着一代代的升级,导致对电池的消耗日趋增加。

  手机运行APP也需耗能,当APP进程的CPU使用率超过1%的时候,都是耗电比较厉害的。

  在手机设计上追求轻薄化的今天,用户要求手机又要薄又要性能强,大部分手机厂商只好牺牲电池容量了。

  以上情况是:手机需要频繁充电的原因。

  在短期内我们唯有通过缩短充电时间和降低手机的功耗来缓解手机的续航问题。

  当然,想根本解决手机电池续航能力不足的问题,实现手机轻薄化的同时,还能内置体积小容量大的电池,那就只能寄希望于电池材料的突破,目前还不得而知。

  相信未来一定会有能够超级续航的新型电池,不再为手机充电而频繁了。

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  锂电池这么多年了,手机厂商也只能在容量,充电速度上做做文章,说明锂这种材料已经差不多到头了,在没有新材料能稳定运用之前,不会有太大突破。现在就看石墨烯能不能小型且稳定。

  锂电池是一次电池革命,取代了传统的铅酸电池,假如没有锂电池,也许就不会诞生我们今天的智能手机?,但是现在的手机充电还是得用两三个小时充电,我们期待电池的再一次革命,创新,石墨烯电池,也许会实现手机秒充电的可能,它的传输是锂电池的N倍,到那时间,我们街上跑的都是电动力汽车了,告别传统的燃油车,我们期待吧,电池的再一次革命!

  电池发展的限制是材料学缺乏理论,所需的材料无法提前计算出来,只能和爱迪生发明灯泡时一样,靠摸着石头过河的方式一个个试错。

  现在我们使用的是锂离子电池,而一百多年前爱迪生发明的锂电池能量密度是锂离子电池的数倍。一百多年锂电池都无法进入实际应用,正是因为材料学无法找到合适的材料。

  不客气的说,若材料学不能脱离经验科学的范畴,产生理论,那么锂电池以及更高能的电池将遥遥无期,完全凭运气。

  技术由理论或创新到实际应用是有时间差的。

  锂电池技术解决手机充电问题,是对锂电池研究的应用化,但技术从实验室或者研究报告中走到百姓生活中是需要时间的。

  借助于罗杰斯的创新扩散理论,我们可以对锂电池技术的“扩散”有个简单且形象的理解。

  如下图所示,创新的扩散,刚开始比较慢,到发展至一定阶段或者采用者达到一定数量时,扩散过程才会突然加快,直到能采纳此项创新的人大部分都已经采纳了创新,扩散速度又逐渐放慢。

  像锂电池技术,从20世纪70年代,石油危机促进了锂电池研发,到上世纪90年代出现首个商用锂电池,它一直在发展,也一直在“扩散”到普通民众中。

  现在锂电池技术发展到什么程度不好说,但这总得有一个过程。并且,在这个过程中,锂电池技术的扩散总要受到材料、政治、经济甚至是人们观念的限制。

  现在,锂电池已经渗透到人们的生活中,支撑着人类社会高新技术的发展。可以说,没有锂电池就没有移动智能生活。当然,它还可以更好。

  不是锂电池发展慢,而是软件发展太快,电池发展跟不上了。

  省着用,现在的功能机可以一两个月不用充电,以前可以做得到嘛?你会选择功能机嘛?

  说什么都没用,最直接的就是能量密度比。提高个百分之几的没什么大用。18650的电芯用了有二三十年了吧?电池技术没有什么大的突破,能量密度比还就是那个样子。什么充电速度提高,其实用多块电池并联充电一样的效果。最最最最主要的,就是能量密度比。

  如果不获奖,就没有锂电池,你的手机要一天充三次以上,或者手机体积增加一倍,都是电池。

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