智能手機續航為何遲遲無法獲得大幅度提升

[摘要]手機電池技術將會被迫跟上腳步。雖然需要一定的時間，但這一天總會到來。

騰訊數碼訊（肖恩）初代iPhone對我們曾經所熟悉的個人計算設備帶來了一場革命性，而它發布距今已有10年時間了。雖然這款手機徹底改變了我們與個人電子設備的交互方式，它也并不完美。實際上，作為手機的關鍵元素之一，初代iPhone的續航能力可謂十分糟糕。

雖然手機技術依然在高速發展，處理器速度越來越快，攝像頭像素越來越高，內存和存儲空間越來越大。但作為困擾初代iPhone的最大問題之一，糟糕的續航能力依然延續至今。對于大多數智能手機而言，36小時的續航幾乎已經是極限了。

雖然新聞報道會時不時介紹一些所謂的前沿電池技術，號稱能在未來讓智能手機提供長達一周的續航能力。但我們和這個目標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充電那時——更近了一步。

為什么智能手機電池的發展速度如此緩慢？完美的智能手機電池距離我們還有多遠？本文就會對這些問題進行探尋。

追尋遙不可及的夢想

你或許會說，提升續航有什么難的？把電池容量擴大，或者從手機廠商賺取的數十億利潤當中抽一部分用來搞研發不就好了？

很遺憾，事情并沒有那么簡單。開發新電池并不只是投入資金、雇傭最優秀的科學家和工程師、或者是耗時間而已。和提高處理性能不同的是，制作更高能量密度的電池需要創建一個新的科學領域。

“處理性能都是符合摩爾定律的，因此晶體管每隔幾年都會略微縮小。如此一來，我們就能在芯片當中放進更多的晶體管，并以此獲得更高的處理性能。”倫敦帝國學院戴森設計工程學院電化學科學與工程講師Billy Wu博士這樣說道。

“對于微處理器而言，最重要的是縮小一切。而對于鋰離子電池，如果你想提高能量密度，那就需要從根本上改變你放進電池的材料。”

這可不是簡單地替換某些化學元素那么簡單。你需要小心翼翼地平衡各種元素的混合，因為稍不注意就可能引起嚴重問題。

“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，我們將能通過調整三種材料的混合比例來增加電池密度。”他解釋道。

“由于材料沒有發生改變，我們可以繼續使用之前的生產線。而這或許可以帶來10-20%的電池性能提升。”

10-20%的續航提升并不算高，充其量也只能把智能手機的充電間隔從一天延長到2天。用多年的研發換來這點程度的提升顯然不是消費者期待中的技術進步。

為什么不能快速解決續航問題

雖然消費者和整個產業都在呼吁使用更高能量密度的電池，但這份等待可能會再持續一段時間。

“電池生產有點像是一種黑魔法，”Wu博士告訴我們，“之所以耗時這么長，是因為人們必須去嘗試每一種組合。我們想要增加增加續航時間，而為了確保這一點，我們必須進行測試。”

即便找到適合的替代材料，并不是說簡單地進行一下替換就行了。

“在電池當中，有機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的續航被延長到10天而不是1天，”Wu博士說道，“但問題在于，這種材料會產生體積上的大幅增加。”

“在對電池進行充放電時，石墨的體積會產生10%的擴張和收縮，這是我們可以承受的。但有機硅在充放電時的體積會擴大300%，試想一下，如果一部電動汽車所使用的是一塊1米寬的電池，那它在充電時會突然變大到3米寬，這顯然是無法被實際應用的。”Wu博士解釋道。

“我們需要去處理當中的一些工程技術難點。”

資金也是電池研發的一個關鍵點。這里說的并不是用于研發的資金——那是相當充足的，而是由于相關的技術突破蘊含著高達數十億英鎊的利潤潛力，數以百計的廠商、科學家和研究團體都在尋找突破口。

但這些資源并沒有被匯集在一起，研發當中也并沒有遵循利潤第一的準則，這種缺乏全行業合作的方式將會影響到技術的進步。

“正在實驗新電池技術的人們都進行著大量的研發工作，”高通產品管理總監George Paparrizos告訴我們，“他們當中有許多人正處于初級階段，而一個研發項目通常許多數年時間才能真正投入生產。”

我們何時才能迎來大幅度的進步？

那相關的技術研發何時才能讓續航一周的智能手機變成現實呢？除非你能欣然接受諾基亞3310而不是iPhone 8或者Galaxy S9，否則就還得繼續等待。

“開發一種新的化學材料大致需要10年時間和1億英鎊資金，這種規模的經濟和微處理器是沒法比的。”Wu博士說道。

這還只是第一階段而已。在度過了冗長的開發階段之后，你還需要再花10年讓這些新材料變得足夠安全和穩定，以供大規模的商業化應用。

“一種新的化學材料通常需要10年時間才能實現商業化。就拿最初的鋰離子電池專利為例，它是牛津大學在1980年發布的，索尼則率先在上世紀90年代實現了它的商業化。”

“已經有一些化學材料被證明可以延長電池續航了。人們正在討論把硫或硅等材料加入帶電池當中，制作成所謂的鋰空氣電池。但這種電池將需要10-20年的時間才能發展完善。”

但是，雖說新的電池化學材料距離真正投入應用還有相當長的時間，這并不意味著該領域內就沒有技術進步。

填補空缺

雖然速度很緩慢，但智能手機的續航能力的確是在不斷提高的。不過由于其他手機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，續航的小幅進步也只是讓手機續航能保持現狀而已。

想要優化現有電池技術表現的不只是技術專家。手機廠商和零部件同樣在竭盡全力去利用每一絲的電池性能。

“電池技術的創新是一個長期目標，而在此期間，我們已經在專注于降低產品功耗了。”一位HTC的發言人這樣告訴我們。

“舉個例子，HTC 10的PowerBotics系統就可以提高手機硬件和軟件的能效。通過自動檢測和關閉能耗過高的應用，它能將手機續航提升最多30%。”

“諸如HTC Sense Companion這樣的軟件可以根據手機目前的電量消耗情況以及用戶平時的使用習慣來對剩余續航作出預測，讓用戶了解到自己的手機還有多久會沒電。”

HTC并非是采取這種續航優化方式的唯一一家廠商，他們的競爭對手也都在想方設法地去延長自家設備的續航能力。與此同時，高通這樣的零部件供應商也在開發自己的解決方案。

“高通也進行了一些努力。驍龍835是第一款使用全新10nm工藝制作的處理器。當我們每一次推動處理器技術向前發展，漏損會變得越來越少，系統內部的效率也會大幅提高，”Paparrizos解釋道，“我們每一年都會改善續航能力，并將其轉換成系統性能。而我們每年的目標是更加效率地實現這個目標。”

“能效提升的數字都不會很大，因為你最終也只能達到最多100%的能效提升。”

電池實驗的危險之處

讓手機電池趨于完美的道路上還有另一個巨大的阻礙，它就是安全性。

去年的三星Galaxy Note 7電池爆炸事件讓公眾認識到了實驗電池技術的困難和危險，同時也讓整個智能手機產業在壓榨電池性能上面變得更加謹慎。

“電池內部被放進去的能量越多，它就會變得更加危險，”Wu博士說道，“在我們這樣做的同時，必須去留意它是否會發生爆炸。”

Galaxy Note 7事件不只是一場公關災難，還會讓手機廠商變得更加畏首畏尾，從而延緩電池技術的發展。

“Note 7事件的確讓電池獲得了更大關注。我們并不總是能看到OEM是如何使用電池的，一些人對它的壓榨可能會更甚于其他人。”Paparrizos補充道。

“據我的猜測，他們在推動能量密度的極限上面可能有點過頭了，而沒有考慮到安全因素。這是業界最主要的擔憂之一，可能也會成為阻礙電池技術發展的因素。”Wu博士說道。

智能手機研發的未來

雖然處理器性能和攝像頭分辨率的提升每年還將繼續，智能手機電池在短時間內可能依然無法跟上。但是，廠商們對于電池技術的側重也在不斷增加。

“電池是整個產業的關注點之一，”Paparrizos說道，“縱觀所有的智能手機技術，電池是拖后腿的一種。而發現某種技術在拖后腿之后，人們就會把更多的關注放在它的身上，并最終讓它跟上技術進步。”

電池技術將會被迫跟上腳步。雖然需要一定的時間，但這一天總會到來。

來源：TechRadar

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