手机电池的奥秘:这样也会着火不科学啊
国外媒体今天撰文,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: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?
目前,大多数手机都采用了锂电池,以前则是镍镉电池
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
- 单片式电池充电器简化太阳能供电设计(08-20)
- 能量收集器于所在环境产生电能,无线传感器无需使用电池(08-23)
- 嵌入式软件电源能耗优化的解决方案(10-21)
- 利用LTC6801进行电池管理系统 (BMS) 的故障监视(10-19)
- 电动 / 混合电动汽车电池管理系统的可靠性(11-09)
- VRLA 蓄电池在光伏发电系统中的研究与应用(02-09)