手机电池详解：锂电池缘何会着火

目前，大多数手机都采用了锂电池，以前则是镍镉电池 　　导语：美国IT网站PCWorld今天撰文，详细阐述了移动设备所使用的锂电池的原理、缺陷以及未来发展趋势。 　　以下为文章全文： 　　化学原理 　　移动设备中使用的电池是化学工程的杰作：将大量的电量存储在一个小小的方块中，就可以让移动设备持续运行好几个小时。它是怎么工作的？如何才能发挥它的最大效用？ 　　现代移动设备多数都使用锂电池，主要包含两个部分：一对电极和存在于它们之间的电解液。电极的材料有很多种，可以是锂，也可以是石墨，甚至可以是纳米线，但无一例外都要依赖锂这种化学成分。这是一种活性金属，因此容易与其他元素合成。纯锂的活性极高，甚至会在空气中自燃，所以多数电池都使用更加安全的钴酸锂。 　　两个电极之间是电解液，通常是一种液态有机溶剂，使得电子可以在其中流动。当锂电池充电时，钴酸锂分子可以俘获电子，然后在电池使用过程中释放电子，从而支持手机的运行。 　　锂电池是最常见的一种电池，因为它可以在最小的空间内存储最多的电量。这需要通过能量密度来衡量，也就是每千克电池所能存储的电量，以瓦时(wh)为单位。锂电池的能量密度一般在150至250瓦时/千克之间，而镍氢电池仅为100瓦时/千克。换句话说，锂电池比其他类型的电池更小、更轻，因此能够压缩设备的体积，但依然可以保持较长的电池续航时间。 　　上述化学过程可以归纳如下：设备中的电池可以存储电量，之后，内部的化学物质便会以任何可能的方式释放电量。但这同样会出现问题，例如，最新的波音787梦想客机的电池就会在飞机停靠时出现着火故障。 　　这是锂电池的缺陷之一：倘若电池放电过度，内部的化学物质便会分解，生成过量的氧化锂，从而燃烧，并生成更多的氧化锂，如此反复。化学家称之为“热失控”，普通人看到的是着火，这也是波音787被美国航空管理局(FAA)禁飞的原因。由于电池被刺破后也会发生同样的情况，因此美国运输安全管理局(TSA)建议飞机乘客将电池小心放置于随身行李中，而不要托运。 　　电池容量 　　电池容量的单位是毫安时(mAh)，代表的是一块电池所能提供的整体电量。例如，倘若一块电池容量为1000毫安时，便可以在1小时内持续供应1000毫安的电流。如果你的设备电流为500毫安，那么这块电池的使用时间大约为2小时。 　　不过，一款设备的电池续航时间要更加复杂一些，因为特定设备的具体耗电量取决于它所执行的任务。倘若这款设备的屏幕点亮、无线传输功能开启、处理器全速运行，便会比屏幕关闭、无线传输功能关闭、处理器闲置时消耗更多的电量。 　　正因如此，消费者应当更加谨慎地对待厂商宣称的电池续航时间——他们可能会通过调低屏幕亮度，或是关闭部分组件的方式来延长续航时间。如果你感到好奇，可以使用一些专门的应用来监测移动设备的耗电量和电池状态，Android中的Battery Monitor Widget和iOS中的Baterry Life Pro都可以实现。 　　控制电流 　　由于有可能着火，所以必须对锂电池进行严密控制。电池厂商通过充电控制器来管理电流，从而实现这一目的。事实上，每一块电池都内置有一台小型电脑来防止其过度放电。这个组件还可以控制充电期间进入到电池中的电流，在即将充满时放缓电流，避免过度充电。 手机充电时，最后一部分电量需要花费更长时间才能充满 　　为了展示这一过程，我们对三星Galaxy Note手机进行了充电，并测量了整个过程中的电流，而且与对应的电量比例进行了对比。从上图可以看出，充电初期的电流最高，之后逐渐降低。最后一部分电量的充电时间很长，原因是控制器在放缓电流，避免电池过冲。 　　未来发展 　　电池技术一直在进步，全球各地的很多实验室都在研究新的电池技术，以便取代锂电池，或是开发更高级的锂电池技术。 　　在这些新技术中，很多都用到了超级电容，从而在瞬间存储电量，然后瞬间释放，效果类似于闪光灯。由于几乎不涉及化学反应，超级电容可以大幅加快充电时间，但目前的超级电容只能在一瞬间释放电量，不符合多数移动设备的要求。 Nectar燃料电池 　　能够利用氢元素发电的燃料电池也将很快诞生。今年1月的拉斯维加斯国际消费电子展(CES)上展示的Nectar燃料电池系统可以使用10美元的燃料桶来支持手机运行两个星期。然而，燃料电池的体积还不够小，无法安装在手机中——Nectar系统只能为手机内置的锂电池充电，但却无法取代锂电池。 　　硫磺最终也有可能用到锂电池中。美国斯坦福大学的科学家最近就开发了一种电池技术，可以利用纳米技术将硫磺加入到现有的化学成分中，最高能将锂电池的能量密度提升5倍，而且还能延长使用寿命。不过，这种技术无法在几年内投入市场。(鼎宏)