隨著對(duì)移動(dòng)計(jì)算和全電動(dòng)汽車需求的增加，目前電池技術(shù)的局限性成為了一個(gè)障礙。18世紀(jì)90年代，意大利物理學(xué)家亞歷山德羅·沃爾特(AlessandroVolta)發(fā)明了電池。

隨著消費(fèi)電子設(shè)備變得越來越小，在充電前不間斷使用變得越來越重要，電池變得小型化和更節(jié)能也變得越來越重要。然而，事實(shí)證明，這是一個(gè)技術(shù)障礙，如果超過這個(gè)障礙，對(duì)未來的高科技經(jīng)濟(jì)來說將是一個(gè)重要且有利可圖的發(fā)展。

電池技術(shù)

所有的電池都依賴于兩種不同材料之間發(fā)生的還原和氧化(氧化還原)的基本化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)被封裝在一個(gè)封閉的容器中。發(fā)生氧化的陰極或正極被陽極或負(fù)極還原。陰極和陽極在物理上由電解液隔開，電解液使電子可以很容易地從一端流向另一端。這種電子流動(dòng)產(chǎn)生電勢(shì)，當(dāng)電路完成時(shí)，電勢(shì)允許有電流。

一次性消費(fèi)電池(被稱為一次電池)，如AA和aaa大小的電池，由像Energizer(ENR)這樣的公司生產(chǎn)，依賴于一種不利于現(xiàn)代應(yīng)用的技術(shù)。首先，它們是不可充電的。

這些所謂的堿性電池利用二氧化錳陰極和鋅陽極，由稀釋的二氧化鉀電解液分離。電解液使陽極中的鋅氧化，而陰極中的二氧化錳與氧化的鋅離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電。逐漸地，反應(yīng)副產(chǎn)物在電解質(zhì)中堆積，剩下的待氧化的鋅量減少。最終，電池沒電了。這些電池通常能提供1.5伏特的電力，并且可以按順序排列來增加這個(gè)電量。例如，兩個(gè)AA電池串聯(lián)提供三伏特的電力。

可充電電池(稱為二次電池)的工作原理大致相同，利用兩種材料之間的還原氧化反應(yīng)，但它們也允許反應(yīng)反向流動(dòng)。目前市場(chǎng)上最常用的可充電電池是鋰離子電池(LiOn)，盡管在尋找可充電電池的過程中也嘗試了各種其他技術(shù)，包括鎳氫(NiMH)和鎳鎘(NiCd)。

NiCd是第一個(gè)商用的可充電電池，用于大眾市場(chǎng)，但由于只能進(jìn)行有限數(shù)量的充電而受到影響。鎳氫電池取代了鎳鎘電池，能夠更頻繁地充電。不幸的是，它們的保質(zhì)期很短，所以如果在生產(chǎn)后不久不使用它們，它們可能是無效的。LiOn電池解決了這些問題，它裝在一個(gè)小容器里，有很長的保質(zhì)期，并允許多次充電。不過，LiOn電池并不是移動(dòng)設(shè)備和筆記本電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品中最常用的電池。這些電池比一次性堿性電池要貴得多，而且通常沒有AA、AAA、C、D等傳統(tǒng)尺寸的電池(參見:鋰離子電池庫存)。

大多數(shù)人熟悉的最后一種可充電電池是液態(tài)鉛酸電池，通常用作汽車電池。這些電池可以提供很多能量(就像冷啟動(dòng)汽車一樣)，但含有危險(xiǎn)物質(zhì)，包括鉛和硫酸，后者被用作電解液。這些電池必須小心處理，以免污染環(huán)境或?qū)κ褂盟鼈兊娜嗽斐缮眢w傷害。

目前電池技術(shù)的目標(biāo)是創(chuàng)造一種電池，可以匹配或改善獅子電池的性能，但沒有沉重的成本與他們的生產(chǎn)。在鋰離子家族中，人們一直致力于在降低價(jià)格的同時(shí)添加更多的成分來提高電池的效能。例如，鋰鈷(LiCoO2)的排列現(xiàn)在可以在許多手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)和可穿戴產(chǎn)品中找到。鋰錳電池(LiMn2O4)是最常用的電動(dòng)工具，醫(yī)療器械和電力傳動(dòng)系統(tǒng)，如那些發(fā)現(xiàn)在電動(dòng)汽車。

目前，有團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行研究和開發(fā)，以提高鋰基電池的性能。鋰-空氣(Li-Air)電池是一項(xiàng)令人興奮的新發(fā)展，它可以實(shí)現(xiàn)更大的能量存儲(chǔ)能力——比典型的獅子電池容量多10倍。這些電池通過使用游離氧氧化陽極來“呼吸”空氣。盡管這項(xiàng)技術(shù)看起來很有前途，但也存在一些技術(shù)問題，包括性能下降的副產(chǎn)品迅速增加，以及電池在毫無預(yù)警的情況下突然停止工作的“猝死”問題。

鋰金屬電池也是一個(gè)令人印象深刻的發(fā)展，有望比目前的電動(dòng)汽車電池技術(shù)提高近四倍的能源效率。這種電池的生產(chǎn)成本也低得多，這將降低使用它們的產(chǎn)品的成本。然而，安全問題是一個(gè)主要的擔(dān)憂，因?yàn)檫@些電池可能過熱，導(dǎo)致火災(zāi)，或爆炸，如果損壞。其他正在研究的新技術(shù)包括鋰硫電池和硅碳電池，但這些電池仍處于早期研究階段，還沒有商業(yè)可行性。圍繞太陽能電池也有一些發(fā)展。