現(xiàn)如今，我們?nèi)粘Ｊ褂玫脑S多電子設(shè)備都需要依賴于電池工作，不管是智能手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)汽車還是其他設(shè)備。我們生活在一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新爆炸性增長(zhǎng)的時(shí)代，但許多新技術(shù)仍然得依靠相同的能量存儲(chǔ)方法。

電池技術(shù)盡管在逐步發(fā)展，但它在過去十年的時(shí)間里并沒有多大的變化。大量資源投入到了環(huán)境效率的提升，以及存儲(chǔ)和性能的小幅優(yōu)化上面，但電池的基本工作原理并沒有任何不同。

電池領(lǐng)域的這種停滯正在限制一些技術(shù)的向前發(fā)展。那么為什么電池技術(shù)本身的發(fā)展如今艱難，這對(duì)于其他技術(shù)又意味著什么呢？

嚴(yán)峻的電池問題

首先我們要看看電池問題的根源。整個(gè)20世紀(jì)90年代，占統(tǒng)治地位的是鎳鎘電池，但隨后問世的鋰離子電池迅速取而代之。鋰離子電池的能量密度達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)鎳鎘當(dāng)量的兩倍以上，并有可能獲得更高的能量密度。它的工作行為與之類似，可以在單個(gè)單元而非整個(gè)系列上運(yùn)行。它維護(hù)成本低，自放電量也更低。

盡管存在一些缺點(diǎn)——比如本身較為脆弱和需要保護(hù)電路——鋰離子電池的效率非常高，有人甚至將其稱作是“理想的”電池。

在摩爾定律不斷推進(jìn)的時(shí)代，認(rèn)為任何技術(shù)發(fā)展都存在根本限制似乎是個(gè)很奇怪的想法。但電池功能有點(diǎn)不同，因?yàn)楫?dāng)中有很多變數(shù)需要考慮，似乎任何一個(gè)區(qū)域的增加都會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)區(qū)域的減少。

比如說，你可以制作出具有更高功率（瓦特）或更高能量水平（瓦特小時(shí)）的電池，但無(wú)法在同一塊電池上同時(shí)做到這兩點(diǎn)。超級(jí)電容器完美地說明了這一點(diǎn)：它們可以釋放大量的能量，但一次只能持續(xù)幾秒鐘。因此，許多迭代式的進(jìn)步只是在單個(gè)層面上向前發(fā)展，而沒有帶來(lái)整體上的技術(shù)進(jìn)步。

這也不是新電池技術(shù)發(fā)展的唯一問題，它還面臨著下面這些挑戰(zhàn)：

1.選擇

除了鋰離子電池以外，研究領(lǐng)域還有幾十種可能的開發(fā)方向，其中包括可提供清潔能源、只會(huì)排放水的氫燃料電池，以及使用細(xì)菌加速化學(xué)反應(yīng)的生物電化學(xué)電池。

問題是，有這么多的選擇，很難說出哪些方向具有真正的潛力成為長(zhǎng)期替代品，哪些只是讓人走彎路。因此，研究人員不愿將所有的雞蛋放在一個(gè)籃子里。

另一個(gè)問題是，開發(fā)下一代電池的成本太高。根據(jù)LuxResearch的數(shù)據(jù)，在八年的時(shí)間里，普通電池創(chuàng)業(yè)公司初始投資只吸引了4000萬(wàn)美元的資金。

這似乎并不是一個(gè)小數(shù)目，但大多數(shù)技術(shù)需要數(shù)億美元才能獲得一個(gè)良好的開端，并且可能需要數(shù)十億美元來(lái)進(jìn)行全面開發(fā)。但是，大多數(shù)投資者不愿意將這筆錢投入到一個(gè)成功機(jī)會(huì)很小的技術(shù)上。

3.規(guī)模

此外，將技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室發(fā)展轉(zhuǎn)化稱全面商用也是一個(gè)難題。有前途的新電池技術(shù)通常在微觀層面上看起來(lái)不錯(cuò)。舉個(gè)例子，只有在實(shí)驗(yàn)室條件下，你可能才會(huì)注意到新型化學(xué)材料的儲(chǔ)存潛力。

但是當(dāng)你開發(fā)更大型號(hào)的電池時(shí)，當(dāng)中可能就會(huì)出現(xiàn)問題，比如化學(xué)過程可能無(wú)法有效展開，或者是條件（如溫度或長(zhǎng)期使用）可能不適合商業(yè)使用。這有可能嚇跑潛在的研究人員和投資者。

4.測(cè)試，可靠性和安全性

最近發(fā)生的鋰離子電池著火問題說明，我們對(duì)電池安全后果的了解是多么有限。任何新的電池技術(shù)都需要執(zhí)行比我們現(xiàn)有技術(shù)更高的標(biāo)準(zhǔn)，這也就意味著，原本就已經(jīng)很長(zhǎng)的開發(fā)周期現(xiàn)在又要額外增加多年的研究和測(cè)試。

正因?yàn)槿绱耍魏涡碌碾姵丶夹g(shù)都會(huì)花費(fèi)幾年甚至幾十年的時(shí)間才能完全發(fā)展，即使如此，新技術(shù)應(yīng)用的安全性也不能保證。

那么這種電池停滯對(duì)其他新興技術(shù)有什么影響？

再生能源

太陽(yáng)能發(fā)電是清潔和可再生的，而且生產(chǎn)成本也變得越來(lái)越低。問題是，光照并不總是存在的，多云天氣和夜間都是問題，除非你有一種有效的方式來(lái)儲(chǔ)存白天產(chǎn)生的多余能量。如果沒有高效的電池存儲(chǔ)，太陽(yáng)能仍然是昂貴的，不僅不適用于許多應(yīng)用方向，并且永遠(yuǎn)無(wú)法成為我們當(dāng)前能源需求的完全替代品。

手機(jī)

智能手機(jī)的耗電量非常高，并且每天都得充電。手機(jī)電池目前的壽命只有幾年，因?yàn)殇囯x子電池可以充電的次數(shù)是有限的。如果沒有新型電池來(lái)延長(zhǎng)使用壽命，手機(jī)開發(fā)周期將會(huì)更快，并且處理能力可能會(huì)使電池問題更加嚴(yán)重（因?yàn)楦叩男阅軙?huì)進(jìn)一步增加功耗）。

電動(dòng)汽車

電動(dòng)汽車的環(huán)保性要比燃油車高非常多，但即使是最好的車型也需要定期充電-這對(duì)消費(fèi)者來(lái)說非常煩人且成本高昂。更好的電池可以存儲(chǔ)更多的電量，從而增加行駛速度和續(xù)航里程。但是在目前，電動(dòng)汽車的這一方面只有一些微小的改進(jìn)。

現(xiàn)狀

目前，大多數(shù)電池生產(chǎn)巨頭，電池創(chuàng)業(yè)公司和其他科技機(jī)構(gòu)將繼續(xù)專注于標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池的迭代改進(jìn)。這從長(zhǎng)遠(yuǎn)看并不是最佳解決方案，但卻是最安全的解決方案之一——盡管改進(jìn)效果不大，但好在很穩(wěn)定。

在足夠多的投資者開始關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)較高的項(xiàng)目，并向有革命性潛力的技術(shù)進(jìn)行投資之前，我們所能看到的電池技術(shù)發(fā)展也就僅此而已。