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未来我们能做什么:纳米工程材料
德克萨斯农工大学(A&M University)教授、美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers)能源和可持续性纳米工程小组成员帕沙˙穆克荷吉表示,现在还没到放弃锂离子电池的时候。我们可能仍会用它,但它将与我们在实验室中获得新能力的材料混合使用。
纳米工程师可能会对电池材料的分子结构进行深入研究,以加速电池单元电压的产生速度,并提升其转换效率。电解质携带锂离子的方式可能会发生改变,以杜绝“交通拥堵现象”,并缩短充电时间。人们可能会设计出更薄、更强大但伸缩依然自如的电池膜,这样,即便电池受热膨胀,也不会爆浆。或者一心一意开发能够比碳、空气或任何已知材料吸附更多锂离子的材料。
穆克荷吉说:“我们需要询问的最根本的问题在于,‘是否可以从头再来?’。这就是必须解决的中尺度模型。我们是否能增加材料的宽容度,以满足我们对于电池的诉求?”
与此同时:着眼于长远
一年前,伊利诺伊理工大学的塞格雷从美国能源部获得了340万美元的奖金,用于开发汽车用“流体电池”。流体电池将其活性化合物储存在外部储罐中,然后流经电池结构内部。塞格雷的工作专注于开发具有足够活性和能量的液体介质,以抵消液体的重量劣势。
流体电池或许可以应用于汽车和电网,但却无法适用于手机或笔记本。与其他的研究人员一样,塞格雷深知,这将是一个漫长的实验过程,除非研究人员能够在偶然间发现几种能用于电池的不同材料组合。与此同时,“对于大多数人来说,这是一件尤为痛苦的事情,因为几年过后,电量没了,容量也下降了,然而电池供电的电子产品却在不断前进。”
过去几十年中,我们一直生活在摩尔定律(Moore's Law)当中。根据该定律,处理器中的晶体管数量每两年会翻一番,而这也说明了技术进步的稳定性。我们目前所面临的局势是,晶体管尺寸已接近原子水平,芯片无法容纳更多的处理器,而且我们对设备中一成不变的电池感到不满。
换句话来说,物理中是没有应用程序的。金门大学(Golden Gate University)市场营销教授米盖尔˙安˙斯特拉赫维茨表示,这对于深谙技术的消费者来说可能有点难以接受,因为他们已经习惯了电子设备每一部件都会定期改良。
斯特拉赫维茨说:“适应升级很容易,得到的升级越多,对进一步升级的期望也就越大。在这个电子产品越来越好,性能越来越高的世界中,我们觉得这是我们应享有的权利。我们会问,‘为什么电池不能变得更好呢?’”
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