电池为何会成为阻碍技术突破的主要因素

　　现如今，我们日常使用的许多电子设备都需要依赖于电池工作，不管是智能手机、笔记本电脑、平板电脑还是其他设备。我们生活在一个技术创新爆炸性增长的时代，但许多新技术仍然得依靠相同的能量存储方法。电池技术尽管在逐步发展，但它在过去十年的时间里并没有多大的变化。金霸王这样的巨头把资源投入到了环境效率的提升，以及存储和性能的小幅优化上面，但电池的基本工作原理并没有任何不同。电池领域的这种停滞正在限制一些技术的向前发展。那么为什么电池技术本身的发展如今艰难，这对于其他技术又意味着什么呢?严峻的电池问题首先我们要看看电池问题的根源。整个20世纪90年代，占统治地位的是镍镉电池，但随后问世的锂离子电池迅速取而代之。锂离子电池的能量密度达到了标准镍镉当量的两倍以上，并有可能获得更高的能量密度。它的工作行为与之类似，可以在单个单元而非整个系列上运行。它维护成本低，自放电量也更低。尽管存在一些缺点——比如本身较为脆弱和需要保护电路——锂离子电池的效率非常高，有人甚至将其称作是“理想的”电池。在摩尔定律不断推进的时代，认为任何技术发展都存在根本限制似乎是个很奇怪的想法。但电池功能有点不同，因为当中有很多变数需要考虑，似乎任何一个区域的增加都会导致另一个区域的减少。比如说，你可以制作出具有更高功率(瓦特)或更高能量水平(瓦特小时)的电池，但无法在同一块电池上同时做到这两点。超级电容器完美地说明了这一点：它们可以释放大量的能量，但一次只能持续几秒钟。因此，许多迭代式的进步只是在单个层面上向前发展，而没有带来整体上的技术进步。这也不是新电池技术发展的唯一问题，它还面临着下面这些挑战：1.选择除了锂离子电池以外，研究领域还有几十种可能的开发方向，其中包括可提供清洁能源、只会排放水的氢燃料电池，以及使用细菌加速化学反应的生物电化学电池。问题是，有这么多的选择，很难说出哪些方向具有真正的潜力成为长期替代品，哪些只是让人走弯路。因此，研究人员不愿将所有的鸡蛋放在一个篮子里。2.成本和资金另一个问题是，开发下一代电池的成本太高。根据LuxResearch的数据，在八年的时间里，普通电池创业公司初始投资只吸引了4000万美元的资金。这似乎并不是一个小数目，但大多数技术需要数亿美元才能获得一个良好的开端，并且可能需要数十亿美元来进行全面开发。但是，大多数投资者不愿意将这笔钱投入到一个成功机会很小的技术上。3.规模此外，将技术从实验室发展转化称全面商用也是一个难题。有前途的新电池技术通常在微观层面上看起来不错。举个例子，只有在实验室条件下，你可能才会注意到新型化学材料的储存潜力。但是当你开发更大型号的电池时，当中可能就会出现问题，比如化学过程可能无法有效展开，或者是条件(如温度或长期使用)可能不适合商业使用。这有可能吓跑潜在的研究人员和投资者。4.测试，可靠性和安全性最近发生的锂离子电池着火问题说明，我们对电池安全后果的了解是多么有限。任何新的电池技术都需要执行比我们现有技术更高的标准，这也就意味着，原本就已经很长的开发周期现在又要额外增加多年的研究和测试。正因为如此，任何新的电池技术都会花费几年甚至几十年的时间才能完全发展，即使如此，新技术应用的安全性也不能保证。那么这种电池停滞对其他新兴技术有什么影响?再生能源太阳能发电是清洁和可再生的，而且生产成本也变得越来越低。问题是，光照并不总是存在的，多云天气和夜间都是问题，除非你有一种有效的方式来储存白天产生的多余能量。如果没有高效的电池存储，太阳能仍然是昂贵的，不仅不适用于许多应用方向，并且永远无法成为我们当前能源需求的完全替代品。手机智能手机的耗电量非常高，并且每天都得充电。手机电池目前的寿命只有几年，因为锂离子电池可以充电的次数是有限的。如果没有新型电池来延长使用寿命，手机开发周期将会更快，并且处理能力可能会使电池问题更加严重(因为更高的性能会进一步增加功耗)。电动汽车电动汽车的环保性要比燃油车高非常多，但即使是最好的车型也需要定期充电-这对消费者来说非常烦人且成本高昂。更好的电池可以存储更多的电量，从而增加行驶速度和续航里程。但是在目前，电动汽车的这一方面只有一些微小的改进。现状目前，大多数电池生产巨头，电池创业公司和其他科技机构将继续专注于标准锂离子电池的迭代改进。这从长远看并不是最佳解决方案，但却是最安全的解决方案之一——尽管改进效果不大，但好在很稳定。在足够多的投资者开始关注风险较高的项目，并向有革命性潜力的技术进行投资之前，我们所能看到的电池技术发展也就仅此而已。

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