为什么相册总是不够用,手机电池为什么还不够用

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1、

为什么相册总是不够用

电量焦虑,是现代人的通病。图/图虫·创意

都2020年了,手机电池为什么还不够用?

现在的手机,电池容量基本上没有4000mAh以下的,这意味着它们用起来更持久(当然一些手机的新芯片也在节电方面做足了功夫),但手机轻了,自然手感也好,不同品牌的设计理念,各有千秋吧。

手机,从最初的大哥大,到现在的智能机,电池容量的变化已经不是攀升了,而是飞跃,但我们对电池的焦虑,却一点都没减轻,我们日益先进的电池,为什么就无法满足人民不断增长的续航需求呢?

手机发展史,也是一部电池焦虑史

1973年,美国摩托罗拉工程师马丁·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。

马丁·库帕,和“谢耳朵”一个姓,此照片拍摄于2007年。图/Wikipedia

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上世纪50年代的“手机”,光电池就有近40千克,这已经不是用手就能使用的了。

托马斯·爱迪生在1901年申请了镍铁电池的专利,这种电池没有被用于手机,而是常被用于铁路和矿井电源。图/Wikipedia

10年后,摩托罗拉的DynaTAC 8000x,也就是我们所熟知的“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,这相当于你同时拿起5个半IPhone 12标配版。

在“大哥大”那巨大的身材里,有一半都是电池,但它的电池容量只有500mAh,而且需要10小时才能充满,充满后却只能打30分钟电话,真正做到了“充电2小时,通话5分钟”。

手机的发明者库帕拿着一个“大哥大”,在一次会议上摆拍。图/Wikipedia

“大哥大”使用的电池是镍镉电池,这种电池在上世纪80年代已经非常先进了。镍镉电池顾名思义,阴阳两极一头是镍(正极,2NiOOH),一头是镉(负极,Cd),电池溶液是氢氧化钠(NaOH),电池放电时,负极的镉与两个OH-反应放出2个电子,在正极形成2个新的OH-,以保证电池溶液浓度不变

镍镉电池工作原理。制图/张雨晨

和第一代可充放电的铅蓄电池(未曾用于手机)比,镍镉电池体积小,电流大,而且反复充放个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的话,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%。

几种镍镉电池。图/Wikipedia

对于只能支持半个小时通话的大哥大来说,记忆效应是致命的,致命到你甚至想扔掉这款价值上万美元的手机。记忆效应的阴影甚至影响到了现在,很多人在使用今天的锂电池时,还会不自主地认为: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才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,而且它容量量更大:1997年推出的搭载镍氢电池的摩托罗拉166C,电池容量已经达到了1300mAh。

镍氢电池,但这不是手机用的镍氢电池。图/Wikipedia

但是,镍氢电池也有自己的问题,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,镍氢电池随着手机之光——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,也就是我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,就没有今天功能强劲的手机和五花八门的APP。

炫酷的手机游戏都是耗电大户。图/图虫·创意

锂电池和镍镉电池、镍氢电池不一样,后两者在充放电的时候,都是电子和OH-来回跑,镍和其它金属是不动的,锂电池则是锂离子和电子来回跑

就拿我们现在常用的锂电池来说,它的负极一般是片层结构的石墨,锂原子就“夹”在这些片层之中,而正极,则可以是各种类型的金属氧化物,它呈网格状,锂原子同样也能藏在里面。这种结构的电池的充放电过程,实际就是锂离子逃离“牢笼”,通过电池中间的隔膜、电子通过导线来回跑而已

锂电池工作原理,此处的晶格结构仅为示意,不同的物质晶格结构有所不同。制图/张雨晨

相比于另外两种电池,锂电池容量大,没有记忆效应,发热也少,除了造价贵之外,几乎没有什么缺点。80后记忆里的那几款超长续航的诺基亚小板儿机,其背后都是锂电池的功劳。

砸不烂,用不坏,长续航的诺基亚5110。图/Wikipedia

5110使用的锂电池。图/Wikipedia

今天的锂电池,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,都已经快成相机+电脑的结合体了,各种大型软件、即时通信软件都会大量耗电,大屏、120Hz高清屏也会增加耗电,反观我们自己,用手机的时间也是越来越长。

对于许多人来说,手机已经代替了相机。图/图虫·创意

锂电池就不能再发展发展,更加澎湃、持久么?恐怕很难!

提升锂电池的性能,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%,看似还有大把的提升空间,但提升后的安全性却无法得到保障,具体的例子这里就不展开了。

过充、过放,都容易导致锂电池正负极晶格体系的破坏,从而导致鼓包。图/Wikipedia

小贴士: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。过度的放电和充电,会让部分锂原子被死死地“压进”正负极中无法逃脱,导致电池容量减小。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。

我们的电量焦虑,什么时候才能解决?

能从根本上解决电量焦虑的方法,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。

锂电池的革新,不仅关乎到手机电量,还决定了电动汽车是否可以真正取代燃油车,图中为尼桑电动车底盘上的电池块。图/Wikipedia

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(听说苹果就在研发氢能源手机)。

丰田汽车公司在2015年推出的氢能源汽车。图/Wikipedia

中国企业研发的氢能源自行车。图/Wikipedia

在电池技术尚未突破的时候,我们还能用快充来解决部分焦虑,比如某广告词:“充电5分钟,通话2小时。”那时,手机的快充功率只有20W,现在手机的充电器已经高达100W了。

在现有的电池保护技术条件下,快速充电对锂电池的损伤基本上可以忽略不计,甚至很多时候,手机电池还没退役,你就已经考虑在为新型号的手机剁手了!

充电宝也是一种选择,不过这已经不关电池的事情了。图/图虫·创意

当然,还有一种最为简单、也最为环保的解决电量焦虑的方法,那就是放下你的手机,让眼睛好好休息一下吧~

来源:中国国家地理BOOK ,小编对原文进行了部分删改。

原文标题:挥之不去的手机电量焦虑,能破么?

审核:Kun

编辑:zhenni

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