电池接班人大讨论
我们几乎每天都能听到身边的朋友抱怨：智能手机功能太弱，MP3播放器续航能力太烂等问题。而造成上述问题的罪魁祸首，并非是芯片发展速度太慢，而是电池容量制约。无论是电池容量还是充电速度，都是困扰一切电子移动设备的最大难题——一部性能超强但却只能使用30分钟的笔记本注定 只能得到极少数狂热发烧友的青睐。
相对于电子产品遵循的摩尔定律来说，电子产品的供电设计足以称得上是活化石。自二十年前，笔记本电脑等移动设备就开始采用锂电池作为电源，在这漫长的二十年里锂电池仅仅在容量上获得了缓慢的增长，在安全性和充电速度上几乎原地踏步。面对层出不穷的电子产品，传统的电池技术终究会因为无法满足需求而被淘汰。究竟有多少种新技术能让锂电池走进历史？未来我们又将过上什么样的移动数字生活？本期新技术研习社，就带大家一起检阅锂电池的接班人。
锂电池接班人一号：银锌电池
也许你是第一次听说银锌电池这个名词，但这并不妨碍银锌电池的电池鼻祖地位。早在1800年春季，意大利科学家伏打（Volta）就发明了著名的“伏打电池”。这种电池是由一系列圆形锌片和银片相互交迭而成的装置，在每一对银片和锌片之间，用一种在盐水或其他导电溶液中浸过的纸板隔开。银片和锌片是两种不同的金属，盐水或其他导电溶液作为电解液，它们构成了电流回路。这是一种比较原始的电池，是由很多银锌电池连接而成的电池组。如你所知，这便是所有电池的雏形。
经过了200多年的更迭，银锌电池至今仍然出现在我们的手表、计算器等低耗电设备中。既然银锌电池有那么久远的历史，为什么至今才被当作锂电池最有希望的接班人推出？其实自问世以来，民用的银锌电池就只能提供较低的电压和电流，电池容量也相当小。普通的锌银电池的正极是氧化汞加石墨，或者是氧化银加石墨，负极材料是金属锌，电解质是强碱氢氧化钾。普通银锌电池性能稳定，不可充电，占据了纽扣电池市场的半壁江山。在上世纪七十年代，人们才开发出了银锌蓄电池。银锌蓄电池正极采用Ag2O2 + 2H2O + 4e- ® 2Ag + 4OH-，负极采用2Zn + 4OH- ® 2Zn(OH)2 + 4e-，可以拥有极高的电容量和稳定的电池性能。大容银锌蓄电池价格惊人，在当今的航天飞机、导弹、鱼类等尖端领域才能找到大容量银锌蓄电池的身影。
最初的银锌电池原型
对于数码设备来说，在不考虑成本的情况下，银锌电池将会使最佳的选择。为了实现银锌电池低价化的目标，一家叫做Zinc Matrix的公司自1999年开始就在风险投资的助力下开发低成本长寿命的银锌充电电池。经过了几年的努力，在2006年Intel信息技术峰会上，Zinc Martix展出了它们首个民用银锌充电电池原型。初次展出的该款电池只有1.6V电压，但电池容量可以达到10AH。在随后的两年间，Zinc Martix改名为ZPower，继续从事银锌电池的改良设计。2008年5月ZPower公司宣布旗下的银锌充电电池在同等体积下能获得超过锂电池30%~40%的电容量，并且较后者更安全耐用。预计首款采用ZPower银锌充电电池的笔记本电脑将会在2009年全面上世。
电池结构图
根据ZPower公司透露它们的银锌充电电池采用了独家的银锌聚合物正极以及多层隔离膜，前者能很大程度上避免点击产生结晶，延长电池寿命。后者则用于阻止产生的结晶直接穿透正负极导致电池短路爆炸。在负极设计上，ZPower可充电银锌电池采用的是纳米银微粒，可以有效提升导电能力以及降低电池内阻，从而获得更大的电容量和更高的放点能力。
几天前ZPower展出的银锌笔记本用锂电池
更高的电容量、更安全的电池设计加上更快的充电速度，银锌充电电池如果能尽快解决使用寿命和成本问题，将会成为锂电池的最佳替代品。在我们几天前的新闻中，Zpower表示2009年部分笔记本电脑将会采用银锌充电电池以获得更长的续航能力。
锂电池接班人二号：燃料电池
无论是银锌电池还是锂电池，它们都无法摆脱充电的诅咒——电池容量越大，充电时间越长。对于电子设备来说，频繁的充电是限制续航能力的重要因素。另一方面，在大街或者交通工具上，消费者也很难找到可以充电的地方。为此，被称作终极电池的燃料电池浮出水面。业界大量电池厂商包括三洋、索尼、东芝等厂商，都在燃料电池领域投入巨资，希望能开发出适用于电子设备的燃料电池，从而彻底解决电池的充电难题。
燃料电池原理图
燃料电池，顾名思义即靠燃料驱动的电池。早在1839年，英国人W.Grove就提出了氢和氧反应可以发电的原理，这就是最早的氢-氧燃料电池(Fuel Cell)。通常燃料所产生的能量是以能释放的，而燃料电池不释放热能，它是将其分解成氢离子和电子而转化成电能。
经过了近200年的发展，当今研发的燃料电池几乎都使用液体甲醇为燃料。在燃料电池内部，液体甲醇在分解的过程中仅仅产生水、二氧化碳和热能，并且会被电池的释放孔释放。真正将化学能转换为电能的部件，实际上是燃料电池中的碳精和高分子电解质膜。在燃料电池工作时，甲醇会因为铂金的触媒作用被分解为氢离子和点子，由于电解质膜只能通过氢离子，所以电子会被质膜拦截后经过炭精被导向负极产生电流。与此同时，氢离子经过质膜后会被倒入到正极与空气中的氧结合成水蒸汽，然后通过电池的释放口排除电池外。燃料电池的工作原理决定了电池获得电能的同时既不损耗电池，也不影响环境。只要补充消耗掉的甲醇就能产生同量的电能。
Maxell开发高分子高电容量的燃料电池
和普通电池相比，燃料电池具有惊人的能量密度。相同体积的燃料电池，电量是锂电池的数倍。锂电池无论生产还是丢弃都会污染环境，而燃料电池则兼备了无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作等优点，燃料电池工作的副产品只有水和热量，无噪音，基本无污染，效率比起一般的发电系统高得多，达到43～58%，如果把反应产生的热量也利用上，效率可以高达80%！是一种清洁环保的电源。比起常用的锂电池和聚合物锂电池要干净和环保得多。
虽然燃料电池的各种设计堪称完美，但近10年来，燃料电池始终无法在成本和体积上获得突破。在成本方面，燃料电池采用的铂金售价惊人，而由于需要预留装载甲醇的空间和反应空间，燃料电池的体积大多相当惊人。进入2008年，两家日本厂商SONY和夏普几乎同时宣布在燃料电池研发上获得突破。它们各自开发出了体积只有火柴盒大小，可以实现量产的电池产品。夏普的新款燃料电池的大小为１８立方厘米，输出功率达到以往同类产品的７倍。与输出功率相当的锂离子电池相比新款燃料电池的体积缩小了约２０％，重量降低了约６０％，有望安装在手机等小型设备内部。
就在日本厂商努力实现燃料电池小型化的同时，美国燃料电池制造商MTI MicroFuel Cells(MTI Micro)公司也在燃料电池小型化和实用化技术方面取得了突破性进展。 MTI Micro开发出的基于Mobion技术的直接甲醇燃料电池（DMFC）原型不仅可提供比相同尺寸的锂电池高出一倍的电能，而且允许在移动状态下为燃料电池进行充电。MTI Micro公司已在今年二月底的日本国际燃料电池展览会上展示了可与当今商用化单反数码相机尺寸相配的燃料电池原型，与相同尺寸的单反数码相机用锂电池相比，它可提供两倍的电能。
MT Micro最引人瞩目的技术贡献是开发出了一种循环利用燃料电池副产品水的方法，从而消除了燃料电池需要有开孔释放二氧化碳和水蒸气的设计难题。除此以外，MTI Micro的软料电池还首次能在燃料电池工作的状态下添加甲醇，从而实现了移动设备无间断工作的梦想。业界普遍认为，燃料电池将会在2009年实现大规模量产，开始替代传统电池的征途。在这以前，我们不仅需要解决燃料电池的技术限制，还需要构建甲醇等燃料的生产线，以及解决甲醇在运输和存储时安全性。
锂电池：我还没死你们着急啥
面对银锌电池和燃料电池的挑战，锂电池真的走到了穷途末路了吗？答案绝对是否定的。在过去的几年间，锂电池虽然事故频发，但仍然有不少厂商在努力改良锂电池，希望它能具有更高的安全性和更大的电量。
根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithium ion battery, 简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery, 简称为LIP)两大类。聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同, 锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。
由于用固体电解质代替了液体电解质,与液态锂离子电池相比，聚合物锂离子电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的比容量；聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50％以上。此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比锂离子电池有所提高。在业界关注安全性方面由于采用了固态材料作为电解液，聚合物锂离子电池不会因为被短路或者其他原因发生爆炸或者燃烧，也不会因为工作温度的提升而损坏。
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锂聚合物电池
虽然聚合物锂电池有着压倒性的优势，但是在成熟度和成本控制方面依然和主流的液态锂电池有着明显的差距。当今的液态锂电池生产成本低，工艺成熟，可以轻松实现各种厚度的电池生产。而聚合物锂电池在生产成本上远高于前者，特别是在笔记本电脑电池之类的需要多颗电芯并联的场合中，采用聚合物锂电池所带来的高昂价格并不是所有人都能接受的。进入2008年，锂聚合物电池电池售价开始大幅下滑，有望逐渐代替传统的液态锂离子电池。
除了改良安全性，锂电池的容量和充电速度方面也有了巨大的进步。包括联想、Dell等厂商已经开发出30分钟甚至更快充电时间的锂电池。在银锌电池和燃料电池最终成数前，锂电池仍将继续发展，成为我们移动设备最主要的电力来源
结语
从镍镉电池到锂电池，我们见证了充电电池在性能和寿命上的蜕变。进入一切皆移动的数字时代，我们甚至需要电池能提供源源不断的供电能力以及无需等待的充电时间。面对银锌电池和燃料电池的不断发展，我们的数字生活必将因为电源的更迭产生翻天覆地的变化。也许过不了几年，我们就不再需要为笔记本续航能力担心，充一次电用几个月的手机也不在是天方夜谭。一个告别“电力短缺”的新时代正快步向我们走来。