智能手機(jī)續(xù)航為何遲遲無法獲得大幅度提升

[摘要]手機(jī)電池技術(shù)將會(huì)被迫跟上腳步。雖然需要一定的時(shí)間，但這一天總會(huì)到來。

騰訊數(shù)碼訊（肖恩）初代iPhone對(duì)我們?cè)?jīng)所熟悉的個(gè)人計(jì)算設(shè)備帶來了一場(chǎng)革命性，而它發(fā)布距今已有10年時(shí)間了。雖然這款手機(jī)徹底改變了我們與個(gè)人電子設(shè)備的交互方式，它也并不完美。實(shí)際上，作為手機(jī)的關(guān)鍵元素之一，初代iPhone的續(xù)航能力可謂十分糟糕。

雖然手機(jī)技術(shù)依然在高速發(fā)展，處理器速度越來越快，攝像頭像素越來越高，內(nèi)存和存儲(chǔ)空間越來越大。但作為困擾初代iPhone的最大問題之一，糟糕的續(xù)航能力依然延續(xù)至今。對(duì)于大多數(shù)智能手機(jī)而言，36小時(shí)的續(xù)航幾乎已經(jīng)是極限了。

雖然新聞報(bào)道會(huì)時(shí)不時(shí)介紹一些所謂的前沿電池技術(shù)，號(hào)稱能在未來讓智能手機(jī)提供長(zhǎng)達(dá)一周的續(xù)航能力。但我們和這個(gè)目標(biāo)之間的距離并沒有比10年——也就是喬布斯告訴我們每天都得給手機(jī)充電那時(shí)——更近了一步。

為什么智能手機(jī)電池的發(fā)展速度如此緩慢？完美的智能手機(jī)電池距離我們還有多遠(yuǎn)？本文就會(huì)對(duì)這些問題進(jìn)行探尋。

追尋遙不可及的夢(mèng)想

你或許會(huì)說，提升續(xù)航有什么難的？把電池容量擴(kuò)大，或者從手機(jī)廠商賺取的數(shù)十億利潤(rùn)當(dāng)中抽一部分用來搞研發(fā)不就好了？

很遺憾，事情并沒有那么簡(jiǎn)單。開發(fā)新電池并不只是投入資金、雇傭最優(yōu)秀的科學(xué)家和工程師、或者是耗時(shí)間而已。和提高處理性能不同的是，制作更高能量密度的電池需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的科學(xué)領(lǐng)域。

“處理性能都是符合摩爾定律的，因此晶體管每隔幾年都會(huì)略微縮小。如此一來，我們就能在芯片當(dāng)中放進(jìn)更多的晶體管，并以此獲得更高的處理性能。”倫敦帝國(guó)學(xué)院戴森設(shè)計(jì)工程學(xué)院電化學(xué)科學(xué)與工程講師Billy Wu博士這樣說道。

“對(duì)于微處理器而言，最重要的是縮小一切。而對(duì)于鋰離子電池，如果你想提高能量密度，那就需要從根本上改變你放進(jìn)電池的材料?！?/p>

這可不是簡(jiǎn)單地替換某些化學(xué)元素那么簡(jiǎn)單。你需要小心翼翼地平衡各種元素的混合，因?yàn)樯圆蛔⒁饩涂赡芤饑?yán)重問題。

“目前我們使用的是NMC，也就是鎳鈷錳三元鋰離子氧化物材料，在未來幾年里，我們將能通過調(diào)整三種材料的混合比例來增加電池密度?！彼忉尩?。

“由于材料沒有發(fā)生改變，我們可以繼續(xù)使用之前的生產(chǎn)線。而這或許可以帶來10-20%的電池性能提升?！?/p>

10-20%的續(xù)航提升并不算高，充其量也只能把智能手機(jī)的充電間隔從一天延長(zhǎng)到2天。用多年的研發(fā)換來這點(diǎn)程度的提升顯然不是消費(fèi)者期待中的技術(shù)進(jìn)步。

為什么不能快速解決續(xù)航問題

雖然消費(fèi)者和整個(gè)產(chǎn)業(yè)都在呼吁使用更高能量密度的電池，但這份等待可能會(huì)再持續(xù)一段時(shí)間。

“電池生產(chǎn)有點(diǎn)像是一種黑魔法，”Wu博士告訴我們，“之所以耗時(shí)這么長(zhǎng)，是因?yàn)槿藗儽仨毴L試每一種組合。我們想要增加增加續(xù)航時(shí)間，而為了確保這一點(diǎn)，我們必須進(jìn)行測(cè)試?！?/p>

即便找到適合的替代材料，并不是說簡(jiǎn)單地進(jìn)行一下替換就行了。

“在電池當(dāng)中，有機(jī)硅被看作是石墨的替代。由于它的能量密度是后者的10倍，我們可以想象未來手機(jī)的續(xù)航被延長(zhǎng)到10天而不是1天，”Wu博士說道，“但問題在于，這種材料會(huì)產(chǎn)生體積上的大幅增加?！?/p>

“在對(duì)電池進(jìn)行充放電時(shí)，石墨的體積會(huì)產(chǎn)生10%的擴(kuò)張和收縮，這是我們可以承受的。但有機(jī)硅在充放電時(shí)的體積會(huì)擴(kuò)大300%，試想一下，如果一部電動(dòng)汽車所使用的是一塊1米寬的電池，那它在充電時(shí)會(huì)突然變大到3米寬，這顯然是無法被實(shí)際應(yīng)用的。”Wu博士解釋道。

“我們需要去處理當(dāng)中的一些工程技術(shù)難點(diǎn)?！?/strong>

資金也是電池研發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。這里說的并不是用于研發(fā)的資金——那是相當(dāng)充足的，而是由于相關(guān)的技術(shù)突破蘊(yùn)含著高達(dá)數(shù)十億英鎊的利潤(rùn)潛力，數(shù)以百計(jì)的廠商、科學(xué)家和研究團(tuán)體都在尋找突破口。

但這些資源并沒有被匯集在一起，研發(fā)當(dāng)中也并沒有遵循利潤(rùn)第一的準(zhǔn)則，這種缺乏全行業(yè)合作的方式將會(huì)影響到技術(shù)的進(jìn)步。

“正在實(shí)驗(yàn)新電池技術(shù)的人們都進(jìn)行著大量的研發(fā)工作，”高通產(chǎn)品管理總監(jiān)George Paparrizos告訴我們，“他們當(dāng)中有許多人正處于初級(jí)階段，而一個(gè)研發(fā)項(xiàng)目通常許多數(shù)年時(shí)間才能真正投入生產(chǎn)?！?/p>

我們何時(shí)才能迎來大幅度的進(jìn)步？

那相關(guān)的技術(shù)研發(fā)何時(shí)才能讓續(xù)航一周的智能手機(jī)變成現(xiàn)實(shí)呢？除非你能欣然接受諾基亞3310而不是iPhone 8或者Galaxy S9，否則就還得繼續(xù)等待。

“開發(fā)一種新的化學(xué)材料大致需要10年時(shí)間和1億英鎊資金，這種規(guī)模的經(jīng)濟(jì)和微處理器是沒法比的?！盬u博士說道。

這還只是第一階段而已。在度過了冗長(zhǎng)的開發(fā)階段之后，你還需要再花10年讓這些新材料變得足夠安全和穩(wěn)定，以供大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。

“一種新的化學(xué)材料通常需要10年時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。就拿最初的鋰離子電池專利為例，它是牛津大學(xué)在1980年發(fā)布的，索尼則率先在上世紀(jì)90年代實(shí)現(xiàn)了它的商業(yè)化?！?/p>

“已經(jīng)有一些化學(xué)材料被證明可以延長(zhǎng)電池續(xù)航了。人們正在討論把硫或硅等材料加入帶電池當(dāng)中，制作成所謂的鋰空氣電池。但這種電池將需要10-20年的時(shí)間才能發(fā)展完善。”

但是，雖說新的電池化學(xué)材料距離真正投入應(yīng)用還有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，這并不意味著該領(lǐng)域內(nèi)就沒有技術(shù)進(jìn)步。

填補(bǔ)空缺

雖然速度很緩慢，但智能手機(jī)的續(xù)航能力的確是在不斷提高的。不過由于其他手機(jī)元件的耗電量越來越高，比如更大尺寸、更高分辨率的顯示屏，續(xù)航的小幅進(jìn)步也只是讓手機(jī)續(xù)航能保持現(xiàn)狀而已。

想要優(yōu)化現(xiàn)有電池技術(shù)表現(xiàn)的不只是技術(shù)專家。手機(jī)廠商和零部件同樣在竭盡全力去利用每一絲的電池性能。

“電池技術(shù)的創(chuàng)新是一個(gè)長(zhǎng)期目標(biāo)，而在此期間，我們已經(jīng)在專注于降低產(chǎn)品功耗了?！币晃籋TC的發(fā)言人這樣告訴我們。

“舉個(gè)例子，HTC 10的PowerBotics系統(tǒng)就可以提高手機(jī)硬件和軟件的能效。通過自動(dòng)檢測(cè)和關(guān)閉能耗過高的應(yīng)用，它能將手機(jī)續(xù)航提升最多30%?！?/p>

“諸如HTC Sense Companion這樣的軟件可以根據(jù)手機(jī)目前的電量消耗情況以及用戶平時(shí)的使用習(xí)慣來對(duì)剩余續(xù)航作出預(yù)測(cè)，讓用戶了解到自己的手機(jī)還有多久會(huì)沒電。”

HTC并非是采取這種續(xù)航優(yōu)化方式的唯一一家廠商，他們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也都在想方設(shè)法地去延長(zhǎng)自家設(shè)備的續(xù)航能力。與此同時(shí)，高通這樣的零部件供應(yīng)商也在開發(fā)自己的解決方案。

“高通也進(jìn)行了一些努力。驍龍835是第一款使用全新10nm工藝制作的處理器。當(dāng)我們每一次推動(dòng)處理器技術(shù)向前發(fā)展，漏損會(huì)變得越來越少，系統(tǒng)內(nèi)部的效率也會(huì)大幅提高，”Paparrizos解釋道，“我們每一年都會(huì)改善續(xù)航能力，并將其轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)性能。而我們每年的目標(biāo)是更加效率地實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。”

“能效提升的數(shù)字都不會(huì)很大，因?yàn)槟阕罱K也只能達(dá)到最多100%的能效提升?！?/p>

電池實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)之處

讓手機(jī)電池趨于完美的道路上還有另一個(gè)巨大的阻礙，它就是安全性。

去年的三星Galaxy Note 7電池爆炸事件讓公眾認(rèn)識(shí)到了實(shí)驗(yàn)電池技術(shù)的困難和危險(xiǎn)，同時(shí)也讓整個(gè)智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)在壓榨電池性能上面變得更加謹(jǐn)慎。

“電池內(nèi)部被放進(jìn)去的能量越多，它就會(huì)變得更加危險(xiǎn)，”Wu博士說道，“在我們這樣做的同時(shí)，必須去留意它是否會(huì)發(fā)生爆炸?！?/p>

Galaxy Note 7事件不只是一場(chǎng)公關(guān)災(zāi)難，還會(huì)讓手機(jī)廠商變得更加畏首畏尾，從而延緩電池技術(shù)的發(fā)展。

“Note 7事件的確讓電池獲得了更大關(guān)注。我們并不總是能看到OEM是如何使用電池的，一些人對(duì)它的壓榨可能會(huì)更甚于其他人?！盤aparrizos補(bǔ)充道。

“據(jù)我的猜測(cè)，他們?cè)谕苿?dòng)能量密度的極限上面可能有點(diǎn)過頭了，而沒有考慮到安全因素。這是業(yè)界最主要的擔(dān)憂之一，可能也會(huì)成為阻礙電池技術(shù)發(fā)展的因素?！盬u博士說道。

智能手機(jī)研發(fā)的未來

雖然處理器性能和攝像頭分辨率的提升每年還將繼續(xù)，智能手機(jī)電池在短時(shí)間內(nèi)可能依然無法跟上。但是，廠商們對(duì)于電池技術(shù)的側(cè)重也在不斷增加。

“電池是整個(gè)產(chǎn)業(yè)的關(guān)注點(diǎn)之一，”Paparrizos說道，“縱觀所有的智能手機(jī)技術(shù)，電池是拖后腿的一種。而發(fā)現(xiàn)某種技術(shù)在拖后腿之后，人們就會(huì)把更多的關(guān)注放在它的身上，并最終讓它跟上技術(shù)進(jìn)步?！?/p>

電池技術(shù)將會(huì)被迫跟上腳步。雖然需要一定的時(shí)間，但這一天總會(huì)到來。

來源：TechRadar

精彩視頻推薦