手机电池技术解析

2013-05-11 21:59:41来源: 互联网

“大屏幕、四核、超薄等”已经成为了旗舰手机的标配,这也对电池设计提出了很高的要求。现在即便是手机“不吃不动”呆半天,电量往往也要大大减少,如果乱折腾的话,电池能保证半天的时间已经算是万幸。难怪有朋友说现在的智能手机“干起活来像匹马,耗起电来像老虎。”

  三星下一代A15双核处理器至今还只在Chrome Book上出现就是最好的例子——性能强但功耗问题也是明显的!那么我们就来了解一下为这些高性能手机服务的电池技术吧。

  聚合物锂电池,刀锋手机必备

  聚合物锂离子电池与传统液态锂离子电池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,这点正好弥补传统锂电池的缺憾。

  相信不少朋友都见过传统手机电池的容貌:除去包装,就是全身“铠甲”——由于采用液体电解质,所以传统的锂电池必须使用“铁罐”等金属容器密封,所以超薄化设计及形状设计上均受到限制。而锂聚合物电池因为其电解质为胶状,如同橡皮泥一样具有一定的可塑性,可以根据手机内部空间来进行一定的变“形”,很容易将手机电池的厚度缩小到2~4mm,大约比名片的厚度稍厚一些而已,所以才有了现在薄如刀锋一般的手机。

  http://img.icpcw.com/Article/2012/11/da9562084fffd50fdcdaa0b1957aeb06.jpg

可任意变形的电池

  虽然锂聚合物电池具有形状灵活的可塑性,但通常是以平板的形式出现,限制了设计者利用它们发挥的空间,同时此类电池的容量也有限。针对这个缺点,LG的研究人员发明了一种可弯曲及旋转的电缆式电池:这种电池可放进耳机中为你的手机充电,或编进首饰及纺织衣物中,为可穿戴的电子产品供电。

  

  在制作电池时,研究人员首先使用了几束镀有镍和锡(两个活性电极材料)的细铜线,接着将铜线编进金属线中,再将金属线缠绕在一根小圆杆周围,缠好后将圆杆抽走并拉伸线圈。就这样制造出了一根强力弹簧,直径约1毫米,成为电池的结构支架和阳极,再以铝线将其包覆,之后电镀锂钴氧化物构成阴极,最后在极柱间加入电解液后添加外层保护层。这样就得到了具有普通锂电池一样性能的可弯曲电池。

  可弯曲电池的出现有望突破现有移动电子产品的设计瓶颈,不过该项技术近期内仍无法走进我们的生活,估计在2017年才有望开始大规模生产。
你变形,我超能!新型高性能锂离子电池

  想象一下,有这样一部智能手机,充电只需5分钟,续航可达10小时,很神奇吧?! 美国科学家不久前就研制出这一种具有革命性的电池。我们都知道,锂离子电池的储电量是由电池内部的锂离子数量决定的。在由石墨烯组成的传统锂离子电池中,每六个碳原子可容纳一个锂原子。为了增加储电量,科学家采用了石墨烯与硅结合的方式:硅可以容纳更多的锂原子(每四个硅原子就能容纳一个锂原子,而每六个碳原子才能容纳一个锂原子)、可使能量密度更高,而石墨具有膨胀收缩性小、不容易变形、破裂的特性,这样一来在保证电池稳定性同时,也可最大程度上增加穿梭于电池中的锂离子数量。

  

  那么,如何才能让充电速度更快呢?电池充电慢是因为锂离子从一个电极流向另一个电极需要一定时间。长期以来,锂离子电池的充电效率一直受到石墨烯形态的制约:电池中的石墨烯片非常薄,厚度只有一个原子,而面积就显得相当庞大了。充电时,锂离子必须绕过面前的石墨烯片才能就位,它要先向外移动到石墨烯片的边缘处,然后回到两片石墨烯中间停留,这个过程耗时漫长、颇费周张,导致石墨烯片的边缘经常发生“交通阻塞”。有鉴于此,研究人员自然想到了疏导交通的方法----既然决定充电时间的是锂离子在石墨烯层之间的移动速度,那为何不给这些离子开辟几条捷径呢?借助化学氧化技术,研究人员在石墨烯片上钻出了数以百万计的小孔,每一个小孔的直径都在10到20纳米之间。这样一来,锂离子就能更加自由地在电池中穿行,充电速度也随之提高了。

  经过这样改造的锂离子电池,就如如锂电中的“超人”----电量和充电速度都提高到了原来的10倍。这项技术最大的优点是可研制出体积更小、重量更轻的电池,让手机和笔记本电池的个头只有一张信用卡大小。
火热的“芯”,燃料电池

  无论锂电池怎么改进,仍无法摆脱充电的诅咒——电池容量越大,充电时间越长。如果在电池原材料上没有大的突破,锂电池容量继续提升则极其困难。新一代电池的开发势在必行,其实业界最看好的未来手机电池是一种在多年前就已有研究的燃料电池。

  

  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。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。和普通电池相比,燃料电池具有惊人的能量密度,而且更兼备了无污染、高效率等优点。

  在去年11月份美国专利商标局公布了苹果新获得的两项专利,这两项专利为便携式计算设备的燃料电池系统和便携式计算设备燃料电池系统耦合。这两项专利暗示苹果可能正在研究使用燃料电池技术来解决其iPhone、iPad以及Macbook电脑等产品的续航问题。值得注意的是,日本的Aquafairy已经推出一种微型的燃料电池--- AF-M3000燃料电池。AF-M3000使用的燃料为乙醇,能在90分钟内用一个燃料电池匣将iPhone4充电至50%。不过,每个燃料电池匣的价格接近200元,充一次电成本真的不是一般人能接受的!相对于使用成本高昂的AF-M3000来说,Lilliputian Systems公司为零售商Brookstone所开发的USB移动燃料电池无疑更靠谱点。这款燃料电池外形仅为普通打火机大小,通过添加丁烷燃料来供电,一块电芯可以为iPhone 4充电次数约10~14次,而更换内部电池大概就是星巴克一杯咖啡的钱!

  写在最后

  从镍镉电池到燃料电池,我们见证了充电电池在性能和寿命上的蜕变。面对新型电池技术的发展,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,我们就不再需要为手机、笔记本续航能力担心,充一次电用几个月的手机也不再是天方夜谭。同时,没有电池瓶颈的限制,手机的性能也会呈几何速度增长,带来更多不可思议的应用方式…
曾经出现的太阳能手机

  

  为了给手机提供更长的续航能力,厂商们绞尽脑汁,办法也是花样翻新,如有些手机厂商在手机外壳上设计了一块薄膜太阳能电池,如果手机电池耗尽,让太阳晒上 30分钟,就能继续通话。至于能用多久,官方的回答是一分钟左右……或许这种做法真的是厂商不得已而为之,晒太阳通话的法子远不如多带一块电池来得靠谱。但由此确实可以看出手持设备对于电池续航能力的渴求。

关键字:手机电池  技术解析

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0511/article_18328.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
手机电池
技术解析

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved