如果没有锂离子电池,手机、电脑等电子产品会变成什么样?
看到今年的诺奖化学奖被授予了锂离子电池的发明者,想知道为什么手机、电脑这些电子产品为什么选择了使用锂离子电池,如果没有锂离子电池会怎么样?
另外,为什么有些电子产品又没有采用锂离子电池?
2019 年诺贝尔化学奖授予锂电池,这项技术如何改变了我们的生活??www.zhihu.com
第一个问题,如果没有发明锂离子电池,我们今天的手机,平板以及笔记本电脑,都没法让你仅凭电池放心大胆地玩儿上一个钟头。
锂离子电池,是充放电寿命达到数百次以上的二次电源体系中,能量密度最高的,无论考虑质量还是体积。别看大家对于现在锂离子电池的续航能力还多有不满,可经历过镍氢甚至镍镉电池时代的人们都应该知道,今天的电子产品的续航能力,相对其不断增大的功耗,已经得到了巨大提升。
对于携带型电子产品而言,人们总希望用上尽可能轻巧的产品。而性能和续航,这两者永远是矛盾的,永远在天平两端。如果质量和体积只有这么大,你要提高性能,就必然要牺牲一点续航,反之亦然。哪怕电池技术有了突破,手机厂家也会拿出更多空间来装处理器,内存。。即便今天的智能手机,所谓的低电量或者省电模式,也断然不可能一边保持高性能一边节约功耗。而续航时间,等于总能量除以功耗,这应该算是小学生都能理解的问题了。
在锂离子电池像今天这样大规模应用之前,最常见的二次电池,也就是可以多次充放循环的电池,是两种,一种是铅酸,一种是镍氢。这两种电池的能量密度和循环性能,都要劣于目前的锂离子电池。能量密度,等于比容量乘以电压。看起来5号镍氢容量相比18650锂电也不差太多,但电压的区别使两者实际的能量仍有较大差距。如果以现在的技术水平,从单个电池的情况来看,铅酸电池能存储的电量,仅相当于同等重量锂离子电池的1/10左右,镍氢好一点儿,但也不会超过40%(原来写的1/4,感谢评论区高人指点,确实不够严谨)。现在一只手机用的4000mAh锂离子电池,正极钴酸锂算30g,负极碳就算14g,电解质算12克,再加上外壳什么的,重量就算60g吧。上述重量因产品设计和制造水平而异,但只会多不会少。如果换成铅酸或镍氢电池,大家可以想想,仅电池一项,增加的重量就有多少?即便只考虑体积,如果现在电池体积不变,换成镍氢,续航时间也要下降60%以上,铅酸,那就更不用提了。因此,在锂离子电池应用之前的世界,电子产品的续航能力,和今天相比,是望尘莫及的。手机之所以可以从大哥大到直板到翻盖滑盖,从小青屏到大彩屏,乃至于今天的超薄全面屏甚至柔性屏,锂离子电池的应用是个基础。
可以说,正是锂离子电池的高能量密度,包括手机电脑的携带型设备才可能真正大量使用,并拓展出今天这么强大的功能。很多人抱怨说现在的手机反而不如以往续航时间长,那也是因为过去咱们除了打电话发简讯,别的功能也实在没有呀!这也是为什么,对于需要平衡性能与功耗的携带型电子产品,锂离子电池一定是最佳选择。如果说锂离子电池对消费者来说有什么问题,那就是相对较高的价格和仍不够完善的回收机制。
说到这里,第二个问题的答案也就呼之欲出,今天的确还有少数电子产品没有普遍地使用锂离子电池。它们都有各种各样的原因,虽说也不可一概而论。但最普遍的原因,其实就一条,它们功耗相对低,对电池的空间没有过于苛刻的要求,因此不需要尽可能减小电池的体积来提高其他部分的占比,以提高性能。
如一些无线发射和接收装置,无线滑鼠键盘,遥控器等,再如挂钟,按照现在的技术水平,即便用普通干电池,不用什么锂电,换一次电池也都能用好久了。而且遥控器滑鼠挂钟这类东西,体积还不能太小,这反而正好给了电池足够多的空间,因此这些产品对于电池尽可能轻巧的需求相当低。反过来看,锂离子电池贵一些不说,放电结束的锂离子电池处理起来,可麻烦多了。你要重复利用,充满一次也需要时间。哪怕你不心疼钱,用完了就要扔,可是出于各种原因,锂电暂时还没建成铅酸蓄电池那么完善的回收机制。作为一种能量密度较高的电池,即便不能放出电能,不代表没有任何能量,废弃的锂离子电池随便乱扔是危险的。既然如此,我何不找一种用完了就换,换下来就可以扔的普通电池呢?反过来看,只要是要求体积和重量尽量轻巧,而自身功耗又比较大的携带型设备,不只是手机电脑这些东西,哪怕是剃须刀,小电钻这样的设备,近些年可以说几乎全是锂离子电池的天下了。
最后说一个事儿,尽管有些啰嗦,但还需要强调一下,请注意,我在本回答中,并没有使用锂电池这个词。原来的题目,我把它改了。初始提问者引用的文案,虽然在非学术领域这么说是没问题的,但如果从科学角度看,这个标题还不够严谨。锂离子电池同锂电池是不同的概念,只是如今锂离子电池的应用范围远远大于一次锂电池,在一般情况下,锂离子电池也被统称为锂电池了。从英文来看,三位诺奖获奖者的贡献,应该被翻译为对于锂离子电池,而非锂电池领域做出的贡献。