電池技術(shù)已經(jīng)很久沒有突破性的發(fā)展，這給迅速迭代的智能硬件帶來了難題?，F(xiàn)在，這個(gè)問題的解決終于有了點(diǎn)希望。

3月10日這一天，全球的“蘋果粉”都等待蒂姆·庫克（TimCook）在舊金山芳草地藝術(shù)中心的亮相。然而，一個(gè)半小時(shí)的2015蘋果春季發(fā)布會(huì)之后，大多數(shù)人只記住了兩件事：土豪金版的AppleWatch，以及它在常規(guī)狀態(tài)下只能續(xù)航18小時(shí)。

壞消息不止于此。這不僅是一款需要每天充電的手表，而且，充滿100%的電量需要2.5小時(shí)。AppleWatch內(nèi)置的鋰電池容量達(dá)到750mAh，在可穿戴設(shè)備中已屬佼佼者，但這仍無法避免隨身攜帶的“充電寶”將成為AppleWatch標(biāo)配的事實(shí)。

而受困擾的不只是AppleWatch。

智能硬件的迭代越來越快，屏幕的增大、分辨率的提高以及運(yùn)算速度的加快需要消耗更多的電量。幾乎所有的消費(fèi)者都在抱怨電池越來越不夠用，如何快速充電成為了他們急欲解決的問題。

現(xiàn)在廣泛采用的鋰電池大概在1970年代已經(jīng)有了模型，直到1991年，經(jīng)由索尼實(shí)現(xiàn)了真正的商業(yè)應(yīng)用。當(dāng)時(shí)恰逢數(shù)碼產(chǎn)品的芯片變小，能耗降低，對(duì)電池的要求也隨之下降。這種能存儲(chǔ)更多電量的電池，讓當(dāng)時(shí)的人們以為它滿足了未來技術(shù)發(fā)展的所有需求。

據(jù)美國賓夕法尼亞大學(xué)的化學(xué)博士陳遠(yuǎn)威介紹，鋰電池的能量儲(chǔ)存密度很高，但與之相比，功率密度較低，這就意味著電流量的投入和產(chǎn)出完全不對(duì)等—可以用不爭氣的海綿來形容鋰電池，明明吸入了很多的水，可就是半天都擠不出來。

20多年后，這個(gè)在當(dāng)時(shí)看來可能還并不是多大問題的缺陷，已漸漸不能適應(yīng)動(dòng)輒就裝載著上百個(gè)App的智能手機(jī)時(shí)代了。與快速迭代的各種消費(fèi)電子產(chǎn)品相比，電池技術(shù)方面一直缺少令人激動(dòng)的進(jìn)展。

“鋰電池商用之后，只有1995年的聚合物鋰離子電池的發(fā)明算是一次突破，但這次突破的主要意義是讓電池的形狀不再局限于圓柱體，并沒有帶來諸如電池容量等性能方面的提升。”陳遠(yuǎn)威對(duì)《第一財(cái)經(jīng)周刊》說。

在剛剛結(jié)束的世界移動(dòng)通信（MWC）2015大會(huì)上，三星發(fā)布的GalaxyS6和S6Edge備受矚目，這兩款手機(jī)都具備快速充電的功能。根據(jù)官方給出的數(shù)據(jù)，在快速充電情境下，10分鐘所充的電量可以支持約2小時(shí)的視頻播放。

然而，與國內(nèi)大多數(shù)廠商使用的快充技術(shù)一樣，它們是依靠提高電流和電壓實(shí)現(xiàn)快速充電，這種方式會(huì)損害電池本身。更加直接的說法，就是拿電池使用壽命換充電效率。

這看起來更像是技術(shù)瓶頸下的一種無奈選擇。值得慶幸的是，業(yè)界和研究者已經(jīng)開始了針對(duì)快速充電的重新反思。

你想過在5分鐘內(nèi)充滿一部iPhone5嗎？位于英國的創(chuàng)業(yè)公司Zapgocharger向消費(fèi)者的移動(dòng)體驗(yàn)提出挑戰(zhàn)。這家公司創(chuàng)立于2013年，隨后獲得英國政府的資助并改為現(xiàn)在的名字。在此之前，它叫倫敦石墨烯，從名字就能輕易判斷出它所認(rèn)為的電池未來發(fā)展方向。

“下一代的移動(dòng)設(shè)備會(huì)需要更多的能量，電池需要找到一種新的方式來呼應(yīng)這種變化，而石墨烯就是我們尋找到的方法。它使得充電能夠在以秒計(jì)的時(shí)間內(nèi)完成，而非數(shù)個(gè)小時(shí)。”Zapgocharger創(chuàng)始人StephenVoller對(duì)《第一財(cái)經(jīng)周刊》說。

石墨烯是目前已知最薄的納米材料，厚度只有0.335納米，相當(dāng)于頭發(fā)絲厚度的二十萬分之一。除此之外，它的導(dǎo)電性能非常出色。英國曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)家AndreGeim和KonstantinNovoselov于2004年發(fā)現(xiàn)了它，并憑借此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)于2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

在Zapgocharger之前，人們已經(jīng)對(duì)石墨烯這一材料在充電領(lǐng)域的應(yīng)用前景討論了很久。“以鋰電池為例，充放電過程在電池內(nèi)部體現(xiàn)為鋰離子的轉(zhuǎn)移，鋰離子走得慢怎么辦？3個(gè)思路，走短點(diǎn)、多走點(diǎn)和走快點(diǎn)。”陳遠(yuǎn)威說。

Zapgocharger的思路屬于“多走點(diǎn)”的范疇。這款名為Zap&Go的石墨烯電池現(xiàn)在被做成了充電器，通過圓柱形結(jié)構(gòu)使插頭與電池容器集成在一起，只要有插座就能實(shí)現(xiàn)快速充電。

作為一種納米技術(shù)材料，單位重量的石墨烯表面積比石墨大得多。將石墨烯制作成電池中的電極，能夠更加充分地使電極與電解液接觸，為鋰離子的移動(dòng)提供更多的傳輸通道。通過材料層面的創(chuàng)新，Zap&Go可以像靜電那樣很快地存儲(chǔ)電力，而不是像目前依靠化學(xué)反應(yīng)的電池那樣緩慢。

“石墨烯的成本會(huì)更低，因?yàn)樗商荚貥?gòu)成，而不是鋰這樣的稀缺資源。”Voller說。而根據(jù)西班牙Graphenano公司的數(shù)據(jù)，它們所研發(fā)的石墨烯聚合材料電池的成本相較鋰電池下降了77%。

Graphenano是一家面向工業(yè)化應(yīng)用的石墨烯公司，它與科爾瓦多大學(xué)合作研發(fā)的運(yùn)用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域的電池，能夠在8分鐘的充電時(shí)間內(nèi)為汽車提供最多可行駛1000公里的電力。

Zapgocharger已經(jīng)正式向全球發(fā)布了商業(yè)產(chǎn)品，目前來自70個(gè)國家和地區(qū)的消費(fèi)者正在使用它的這項(xiàng)技術(shù)，包括中國。

“我們的充電技術(shù)雖然從智能手機(jī)開始，但我們對(duì)將它推廣到其他領(lǐng)域也非常感興趣，例如無線電子設(shè)備、電動(dòng)汽車以及太陽能面板。”Zapgocharger最近發(fā)明的便攜式氫燃料電池還被倫敦科學(xué)博物館收藏，這為電池的未來發(fā)展提供了一種新的思路。

快速充電的難點(diǎn)在于電池的充電時(shí)間與熱穩(wěn)定性之間的矛盾。充電時(shí)間越短，充電電流越大，對(duì)電池?zé)岱€(wěn)定性的挑戰(zhàn)越大。陳遠(yuǎn)威將這種矛盾比作抽積木游戲—總有那么幾塊看上去無關(guān)緊要，但只要一動(dòng)，積木塔就會(huì)坍塌，而且整個(gè)過程不可逆。電池也是這樣，離子轉(zhuǎn)移得越快就越難以控制，會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱甚至爆炸的現(xiàn)象。

在實(shí)現(xiàn)快速充電目標(biāo)的同時(shí)還要保證內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)變化的穩(wěn)定，這是每塊電池最理想的表現(xiàn)。而這意味著研究者們要么像Zapgocharger一樣開發(fā)出新型儲(chǔ)能設(shè)備，要么改造電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高電量的轉(zhuǎn)換效率。

不同于Zapgocharger更換電極材料的做法，來自日本的研究者希望能夠從電解液上尋找突破口。

電解液是運(yùn)送鋰離子在正負(fù)兩極間移動(dòng)的液體，電解液中鋰離子的濃度與充電速度相關(guān)。以往采用的電解液材料只能夠承載約1摩爾／升的鋰離子，人們認(rèn)為這是在保證安全的前提下最優(yōu)的濃度。但擅長技術(shù)革新的日本人決定挑戰(zhàn)一下傳統(tǒng)認(rèn)知，在此之前，鋰電池里的電解液材料組成已經(jīng)超過20年沒有改變了。

東京大學(xué)工學(xué)系教授山田淳夫與助教山田裕貴組成的研究小組，研究出一種不必使用傳統(tǒng)溶媒的超高濃度電解液，能夠使電解液中的鋰離子濃度達(dá)到以往的4倍，充電時(shí)間縮減到原先的1／3以下。更為重要的是，這種高濃度的電解液在5伏以上的電壓下依然能夠保持穩(wěn)定。

這種全新的電解液讓鋰電池的快速充電多了一種選擇。它除了能應(yīng)用在智能手機(jī)、電腦中，還能夠在電動(dòng)車等要求電池具有較高安全性能的設(shè)備中廣泛應(yīng)用。

“銷量出乎意料的差。”在今年1月的底特律車展上，特斯拉創(chuàng)始人艾倫·馬斯克直白地表達(dá)了他對(duì)中國業(yè)績的失望。

特斯拉原本預(yù)估中國市場在2014年應(yīng)該達(dá)到至少1萬輛的銷量目標(biāo)，但實(shí)際上牌量只有2500輛左右。這也直接導(dǎo)致最近特斯拉中國出現(xiàn)了裁員1／3和管理層更迭的傳聞。

在消費(fèi)者對(duì)特斯拉的疑慮中，充電始終是一個(gè)繞不開的問題。要讓一輛特斯拉ModelS充滿電，即使使用特斯拉超級(jí)充電站，充電時(shí)間也要1個(gè)小時(shí)，而用普通的家用充電則需要長達(dá)30小時(shí)—隨著主流汽車廠商紛紛進(jìn)入電動(dòng)車市場，汽車用戶也將越來越多地遭受“充電焦慮”的困擾。

花旗銀行發(fā)布的一份報(bào)告顯示，2014年全球可充式鋰電池市場產(chǎn)值高達(dá)210億美元，其中73.8%的比例來自消費(fèi)類電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車兩大類。保守估計(jì)，以年均增長10%的速度發(fā)展，到2020年，這一市場的產(chǎn)值將達(dá)到350億美元。隨著人們越來越多地使用智能硬件，實(shí)際的鋰電池市場將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)字。

這也吸引著更多的資本流向電池這一曾經(jīng)缺乏吸引力的領(lǐng)域。

比如同樣專注于實(shí)現(xiàn)快速充電的以色列公司StoreDot，原本就是一家生產(chǎn)縮氨酸半導(dǎo)體的公司。由于能夠合成蛋白質(zhì)，StoreDot曾把縮氨酸應(yīng)用于皮膚護(hù)理方面?，F(xiàn)在，這種看起來似乎和電池搭不上邊的物質(zhì)也成為了突破電池瓶頸的關(guān)鍵。

在今年的MWC上，StoreDot也展示了這種由“護(hù)膚品”材料制作的電池。專門定制的三星GalaxyS5的電量迅速從15%充到了100%，整個(gè)過程只花費(fèi)了不到兩分鐘的時(shí)間。下一步，公司希望在今年年底之前開發(fā)出一種能夠在1分鐘內(nèi)充滿電的1500mAh電池。

與大多數(shù)快速充電技術(shù)的研發(fā)者一樣，StoreDot還未推出真正量產(chǎn)的產(chǎn)品。但公司預(yù)計(jì)將在2016年生產(chǎn)出基于最新技術(shù)的手機(jī)電池，它有可能真正意義上改變用戶的使用體驗(yàn)。但在此之前，電池還需要經(jīng)歷無數(shù)次的安全試驗(yàn)以證明技術(shù)的真正可行。

在快速充電的情況下保證消費(fèi)者的使用安全，走完從實(shí)驗(yàn)室到商業(yè)應(yīng)用的“最后一公里”，StoreDot這樣的公司還有很多的事要做。