最近新能源板塊一片飄紅，欣欣向榮，今天我們來聊聊電池，手機電池的發(fā)展與工作原理。

一、電池的工作原理

能把化學(xué)能、光能、熱能等直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置稱為電池，它又有化學(xué)電池、太陽能電池、核電池等等類型，而我們通常說的電池一般都是指化學(xué)電池。

實用的化學(xué)電池又分為：原電池和蓄電池，我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|到的電池，基本都是蓄電池。蓄電池使用前需要先充電，之后可以放電使用，它在充電的時候，是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電的時候，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

電池放電的時候，電流由正極經(jīng)過外電路到負(fù)極，在電解液內(nèi)，正負(fù)離子分別向兩極遷移，電流從負(fù)極到正極，放電時兩個電極都有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，電路斷開或其中化學(xué)反應(yīng)物耗盡會停止放電。

根據(jù)電池內(nèi)部使用的物質(zhì)不同，蓄電池有可充電的，也有不可充電的，有些化學(xué)反應(yīng)是可逆的，有些不可逆。

而電池的蓄電放電能力多少與速度就與其材料息息相關(guān)。

二、手機電池的發(fā)展史

手機的電池基本可以分為三個階段：鎳鎘電池→鎳氫電池→鋰電池

從這三個階段名字，我們就可以看出來，電池主要使用的化學(xué)元素在變化，電池內(nèi)的技術(shù)革新就更多了，我們現(xiàn)在甚至可以說，如果沒有鋰電池，就沒有現(xiàn)如今的移動智能生活。

在80年代，手機初期，還叫做“大哥大”，從名字就能看出來它塊頭很大，之所以大主要就是電池很大，后來一段時間內(nèi)誰家手機越小，誰就能搶占更多市場份額。

90年代，鎳氫電池出現(xiàn)，它相對更小也更環(huán)保一些，摩托羅拉的的明星產(chǎn)品StarTAC便使用的是鎳氫電池，因其足夠的小而顛覆人們的認(rèn)知，96年發(fā)售的一代StarTAC328，是世界上首款翻蓋手機，機身重量僅有87克。

90年代初期鋰電池也已經(jīng)面世，92年索尼自研發(fā)的鋰電池投入到自家產(chǎn)品使用，但因為售價昂貴和電量沒有任何突出優(yōu)勢，僅僅只自家產(chǎn)品使用。后續(xù)隨著鋰電池材料技術(shù)革新，制造技術(shù)進步，使其容量和成本均有改善，逐漸獲得更多廠商青睞，鋰電池時代宣布正式到來。

三、鋰電池與諾貝爾獎

雖然手機更新?lián)Q代發(fā)展極快，但是手機電池相對發(fā)展緩慢，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，每10年電池的容量才增加10%，想要在短期內(nèi)大幅提升手機電池容量幾乎不太可能，因此手機電池領(lǐng)域也有無限可能和潛力。

2019年的諾貝爾獎化學(xué)獎，授予約翰·古迪納夫教授、斯坦利·威廷漢教授和吉野彰博士，表彰他們在鋰電池領(lǐng)域做出的突出貢獻，約翰·古迪納夫教授是目前為止最年長的諾獎獲得者，并且依然還奮斗在科研一線，其實在他們獲獎之前每年都有人預(yù)測鋰電池的相關(guān)是否會獲獎，鋰電池的進步對社會影響與貢獻實在是太大了，他們的獲獎實至名歸。

上世紀(jì)70年代中東戰(zhàn)爭導(dǎo)致第一次石油危機，人們開始意識到擺脫石油依賴的重要性，紛紛投入到能代替石油的新能源中，各國在研發(fā)電池上的熱情也空前高漲，古迪納夫就是深受石油危機影響，他希望能夠在能源替代上做出貢獻。

作為在大爆炸中最初幾分鐘內(nèi)產(chǎn)生的古老元素，鋰，最初它是以鋰離子形式在19世紀(jì)初被瑞典化學(xué)家發(fā)現(xiàn)，它極為活潑，弱點是反應(yīng)性，但同時這也是它的優(yōu)點。

使用純鋰作為陽極的電池充電時，會導(dǎo)致鋰枝晶的形成，這些鋰枝晶會使電池短路，引起火災(zāi)甚至爆炸，不過科研人員從未放棄對鋰電池的研究。

諾獎的三位得主：斯坦利·威廷漢在20世紀(jì)70年代初開發(fā)出一種可在室溫下工作的可充電的鋰電池，是第一塊功能齊全的鋰電池，他利用了鋰釋放其外層電子強大驅(qū)動力；

威廷漢的電池可以產(chǎn)生略多于2伏特的電壓，1980年，古迪納夫發(fā)現(xiàn)在陰極中使用鈷酸鋰作為材料的電池產(chǎn)生的電壓可以提升2倍，他將電池的電勢提高了一倍，高能量密度的極陰材料分量很輕，但可以制作出性能更強勁的電池，這位開發(fā)更實用的電池創(chuàng)造了更好條件；

1985年吉野彰開發(fā)了第一個可商用的鋰離子電池，他選擇古迪納夫使用的鈷酸鋰作為陰極，并成功地用碳代替了鋰合金作為電池的負(fù)極，他開發(fā)出了具有工作穩(wěn)定、重量輕、容量大有點的鋰電池，這種電池變更安全，自燃風(fēng)險大大降低。

正是他們的研究，推進了鋰電池走入萬千電子產(chǎn)品，讓我們能享受現(xiàn)代化的移動生活，鋰電池為無線、無需化石燃料的新型社會創(chuàng)造了合適的條件，極大地造福了人類。

科技永不停步

當(dāng)年的大哥大，充電10小時，通話35分鐘，而如今，我們的手機迭代不斷，我們不會像過去一樣被充電問題束縛很久，但是科技永不止步，我們始終還在探索更大容量、更小體積、更持久續(xù)航的路上。

時至今日，鋰電池的枝晶問題依然像幽靈一樣困擾科研人員，面對這個重大安全隱患，世界各國科學(xué)家仍在努力，諾獎得主古迪納夫在90歲高齡還毅然決然投身于固態(tài)電池的研發(fā)中。

朋友你對新能源有什么看法，對未來電池領(lǐng)域有何展望，你對未來手機又有什么期待？

歡迎留言討論，請關(guān)注科普黑洞，為您帶來更多趣味科普。