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目前，大多數手機都采用了鋰電池，以前則是鎳鎘電池
導語(yǔ)：美國IT網(wǎng)站PCWorld今天撰文，詳細闡述了移動(dòng)設備所使用的鋰電池的原理、缺陷以及未來(lái)發(fā)展趨勢。
以下為文章全文：
化學(xué)原理
移動(dòng)設備中使用的電池是化學(xué)工程的杰作：將大量的電量存儲在一個(gè)小小的方塊中，就可以讓移動(dòng)設備持續運行好幾個(gè)小時(shí)。它是怎么工作的？如何才能發(fā)揮它的最大效用？
現代移動(dòng)設備多數都使用鋰電池，主要包含兩個(gè)部分：一對電極和存在于它們之間的電解液。電極的材料有很多種，可以是鋰，也可以是石墨，甚至可以是納米線(xiàn)，但無(wú)一例外都要依賴(lài)鋰這種化學(xué)成分。這是一種活性金屬，因此容易與其他元素合成。純鋰的活性極高，甚至會(huì )在空氣中自燃，所以多數電池都使用更加安全的鈷酸鋰。
兩個(gè)電極之間是電解液，通常是一種液態(tài)有機溶劑，使得電子可以在其中流動(dòng)。當鋰電池充電時(shí)，鈷酸鋰分子可以俘獲電子，然后在電池使用過(guò)程中釋放電子，從而支持手機的運行。
鋰電池是最常見(jiàn)的一種電池，因為它可以在最小的空間內存儲最多的電量。這需要通過(guò)能量密度來(lái)衡量，也就是每千克電池所能存儲的電量，以瓦時(shí)(wh)為單位。鋰電池的能量密度一般在150至250瓦時(shí)/千克之間，而鎳氫電池僅為100瓦時(shí)/千克。換句話(huà)說(shuō)，鋰電池比其他類(lèi)型的電池更小、更輕，因此能夠壓縮設備的體積，但依然可以保持較長(cháng)的電池續航時(shí)間。
上述化學(xué)過(guò)程可以歸納如下：設備中的電池可以存儲電量，之后，內部的化學(xué)物質(zhì)便會(huì )以任何可能的方式釋放電量。但這同樣會(huì )出現問(wèn)題，例如，最新的波音787夢(mèng)想客機的電池就會(huì )在飛機�？繒r(shí)出現著(zhù)火故障。
這是鋰電池的缺陷之一：倘若電池放電過(guò)度，內部的化學(xué)物質(zhì)便會(huì )分解，生成過(guò)量的氧化鋰，從而燃燒，并生成更多的氧化鋰，如此反復�；瘜W(xué)家稱(chēng)之為“熱失控”，普通人看到的是著(zhù)火，這也是波音787被美國航空管理局(FAA)禁飛的原因。由于電池被刺破后也會(huì )發(fā)生同樣的情況，因此美國運輸安全管理局(TSA)建議飛機乘客將電池小心放置于隨身行李中，而不要托運。
電池容量
電池容量的單位是毫安時(shí)(mAh)，代表的是一塊電池所能提供的整體電量。例如，倘若一塊電池容量為1000毫安時(shí)，便可以在1小時(shí)內持續供應1000毫安的電流。如果你的設備電流為500毫安，那么這塊電池的使用時(shí)間大約為2小時(shí)。
不過(guò)，一款設備的電池續航時(shí)間要更加復雜一些，因為特定設備的具體耗電量取決于它所執行的任務(wù)。倘若這款設備的屏幕點(diǎn)亮、無(wú)線(xiàn)傳輸功能開(kāi)啟、處理器全速運行，便會(huì )比屏幕關(guān)閉、無(wú)線(xiàn)傳輸功能關(guān)閉、處理器閑置時(shí)消耗更多的電量。
正因如此，消費者應當更加謹慎地對待廠(chǎng)商宣稱(chēng)的電池續航時(shí)間——他們可能會(huì )通過(guò)調低屏幕亮度，或是關(guān)閉部分組件的方式來(lái)延長(cháng)續航時(shí)間。如果你感到好奇，可以使用一些專(zhuān)門(mén)的應用來(lái)監測移動(dòng)設備的耗電量和電池狀態(tài)，Android中的Battery Monitor Widget和iOS中的Baterry Life Pro都可以實(shí)現。
控制電流
由于有可能著(zhù)火，所以必須對鋰電池進(jìn)行嚴密控制。電池廠(chǎng)商通過(guò)充電控制器來(lái)管理電流，從而實(shí)現這一目的。事實(shí)上，每一塊電池都內置有一臺小型電腦來(lái)防止其過(guò)度放電。這個(gè)組件還可以控制充電期間進(jìn)入到電池中的電流，在即將充滿(mǎn)時(shí)放緩電流，避免過(guò)度充電。
手機充電時(shí)，最后一部分電量需要花費更長(cháng)時(shí)間才能充滿(mǎn)
為了展示這一過(guò)程，我們對三星Galaxy Note手機進(jìn)行了充電，并測量了整個(gè)過(guò)程中的電流，而且與對應的電量比例進(jìn)行了對比。從上圖可以看出，充電初期的電流最高，之后逐漸降低。最后一部分電量的充電時(shí)間很長(cháng)，原因是控制器在放緩電流，避免電池過(guò)沖。
未來(lái)發(fā)展
電池技術(shù)一直在進(jìn)步，全球各地的很多實(shí)驗室都在研究新的電池技術(shù)，以便取代鋰電池，或是開(kāi)發(fā)更高級的鋰電池技術(shù)。
在這些新技術(shù)中，很多都用到了超級電容，從而在瞬間存儲電量，然后瞬間釋放，效果類(lèi)似于閃光燈。由于幾乎不涉及化學(xué)反應，超級電容可以大幅加快充電時(shí)間，但目前的超級電容只能在一瞬間釋放電量，不符合多數移動(dòng)設備的要求。
Nectar燃料電池
能夠利用氫元素發(fā)電的燃料電池也將很快誕生。今年1月的拉斯維加斯國際消費電子展(CES)上展示的Nectar燃料電池系統可以使用10美元的燃料桶來(lái)支持手機運行兩個(gè)星期。然而，燃料電池的體積還不夠小，無(wú)法安裝在手機中——Nectar系統只能為手機內置的鋰電池充電，但卻無(wú)法取代鋰電池。
硫磺最終也有可能用到鋰電池中。美國斯坦福大學(xué)的科學(xué)家最近就開(kāi)發(fā)了一種電池技術(shù)，可以利用納米技術(shù)將硫磺加入到現有的化學(xué)成分中，最高能將鋰電池的能量密度提升5倍，而且還能延長(cháng)使用壽命。不過(guò)，這種技術(shù)無(wú)法在幾年內投入市場(chǎng)。
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