化學(xué)原理

移動設(shè)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小小的方塊中，就可以讓移動設(shè)備持續(xù)運行好幾個小時。它是怎么工作的？如何才能發(fā)揮它的最大效用？

現(xiàn)代移動設(shè)備多數(shù)都使用鋰電池，主要包含兩個部分：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，但無一例外都要依賴鋰這種化學(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?xí)诳諝庵凶匀迹远鄶?shù)電池都使用更加安全的鈷酸鋰。

兩個電極之間是電解液，通常是一種液態(tài)有機溶劑，使得電子可以在其中流動。當鋰電池充電時，鈷酸鋰分子可以俘獲電子，然后在電池使用過程中釋放電子，從而支持手機的運行。

鋰電池是最常見的一種電池，因為它可以在最小的空間內(nèi)存儲最多的電量。這需要通過能量密度來衡量，也就是每千克電池所能存儲的電量，以瓦時(wh)為單位。鋰電池的能量密度一般在150至250瓦時/千克之間，而鎳氫電池僅為100瓦時/千克。換句話說，鋰電池比其他類型的電池更小、更輕，因此能夠壓縮設(shè)備的體積，但依然可以保持較長的電池續(xù)航時間。

上述化學(xué)過程可以歸納如下：設(shè)備中的電池可以存儲電量，之后，內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)便會以任何可能的方式釋放電量。但這同樣會出現(xiàn)問題，例如，最新的波音787夢想客機的電池就會在飛機停靠時出現(xiàn)著火故障。

這是鋰電池的缺陷之一：倘若電池放電過度，內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)便會分解，生成過量的氧化鋰，從而燃燒，并生成更多的氧化鋰，如此反復(fù)。化學(xué)家稱之為“熱失控”，普通人看到的是著火，這也是波音787被美國特種管理局(FAA)禁飛的原因。由于電池被刺破后也會發(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(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，便可以在1小時內(nèi)持續(xù)供應(yīng)1000毫安的電流。如果你的設(shè)備電流為500毫安，那么這塊電池的使用時間大約為2小時。

不過，一款設(shè)備的電池續(xù)航時間要更加復(fù)雜一些，因為特定設(shè)備的具體耗電量取決于它所執(zhí)行的任務(wù)。倘若這款設(shè)備的屏幕點亮、無線傳輸功能開啟、處理器全速運行，便會比屏幕關(guān)閉、無線傳輸功能關(guān)閉、處理器閑置時消耗更多的電量。

正因如此，消費者應(yīng)當更加謹慎地對待廠商宣稱的電池續(xù)航時間——他們可能會通過調(diào)低屏幕亮度，或是關(guān)閉部分組件的方式來延長續(xù)航時間。如果你感到好奇，可以使用一些專門的應(yīng)用來監(jiān)測移動設(shè)備的耗電量和電池狀態(tài)，Android中的BatteryMonitorWidget和iOS中的BaterryLifePro都可以實現(xiàn)。

控制電流

由于有可能著火，所以必須對鋰電池進行嚴密控制。電池廠商通過充電控制器來管理電流，從而實現(xiàn)這一目的。事實上，每一塊電池都內(nèi)置有一臺小型電腦來防止其過度放電。這個組件還可以控制充電期間進入到電池中的電流，在即將充滿時放緩電流，避免過度充電。

手機電池技術(shù)詳解：鋰電池為何會著火？

手機充電時，最后一部分電量需要花費更長時間才能充滿

為了展示這一過程，我們對三星GalaxyNote手機進行了充電，并測量了整個過程中的電流，而且與對應(yīng)的電量比例進行了對比。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間很長，原因是控制器在放緩電流，避免電池過沖。

未來發(fā)展

電池技術(shù)一直在進步，全球各地的很多實驗室都在研究新的電池技術(shù)，以便取代鋰電池，或是開發(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，效果類似于閃光燈。由于幾乎不涉及化學(xué)反應(yīng)，超級電容可以大幅加快充電時間，但目前的超級電容只能在一瞬間釋放電量，不符合多數(shù)移動設(shè)備的要求。

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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(tǒng)可以使用10美元的燃料桶來支持手機運行兩個星期。然而，燃料電池的體積還不夠小，無法安裝在手機中——Nectar系統(tǒng)只能為手機內(nèi)置的鋰電池充電，但卻無法取代鋰電池。

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(xiàn)有的化學(xué)成分中，最高能將鋰電池的能量密度提升5倍，而且還能延長使用壽命。不過，這種技術(shù)無法在幾年內(nèi)投入市場。