現在的手機，電池容量很多都達到了4000mAh以上，這意味著它們用起來更持久（當然一些手機的新晶片也在節電方面做足了功夫），但手機輕了，自然手感也好，不同品牌的設計理念，各有千秋吧。
手機，從最初的大哥大，到現在的智慧機，電池容量的變化已經不是攀升了，而是飛躍，但我們對電池的焦慮，卻一點都沒減輕，我們日益先進的電池，為什麼就無法滿足人們不斷增長的續航需求呢？
手機發展史，也是一部電池焦慮史
1973年，美國摩托羅拉工程師馬丁·庫帕發明了世界上第一部真正的手機，不過，使用這部手機，與其是說在打電話，不如說是在舉鐵，因為它足足有2千克重。
庫帕這款手機的重量和它之前那些所謂的“手機”比起來，還是輕了很多，要知道，瑞典埃裡克森公司在上世紀50年代的“手機”，光電池就有近40千克，這已經不是用手就能使用的了。
10年後，我們所熟知的“大哥大”誕生了。作為人類第一款商用手機，它的重量也不輕，差不多有0.9千克。
在“大哥大”那巨大的身材裡，有一半都是電池，但它的電池容量只有500mAh，而且需要10小時才能充滿，充滿後卻只能打30分鐘電話，真正做到了“充電2小時，通話5分鐘”。
“大哥大”使用的電池是鎳鎘電池，這種電池在上世紀80年代已經非常先進了。鎳鎘電池顧名思義，陰陽兩極一頭是鎳（正極，2NiOOH），一頭是鎘（負極，Cd），電池溶液是氫氧化鈉（NaOH），電池放電時，負極的鎘與兩個OH-反應放出2個電子，在正極形成2個新的OH-，以保證電池溶液濃度不變。
▲ 鎳鎘電池工作原理。製圖/張雨晨
和第一代可充放電的鉛蓄電池（未曾用於手機）比，鎳鎘電池體積小，電流大，而且反覆充放個500次都沒問題，當然，它也有許多缺點，比如電池容易發熱，鎘元素有毒，不好回收等等，但這些問題都沒有記憶效應嚴重。
所謂記憶效應，就是電池在電量沒有全部用光的時候就充電的話，容量會變小。比如你經常在還剩50%電的時候開始充電，久而久之電池就會“認為”電池的最低電量就是50%。
對於只能支援半個小時通話的大哥大來說，記憶效應是致命的，致命到你甚至想扔掉這款價值上萬美元的手機。記憶效應的陰影甚至影響到了現在，很多人在使用今天的鋰電池時，還會不自主地認為：電放乾淨再充對手機才好（其實恰恰相反）。
1989年，新一代鎳氫電池的商用化才緩解了記憶效應帶來的電量尷尬。鎳氫電池無毒，雖然有記憶效應但很容易恢復，而且它容量量更大：一款1997年推出的搭載鎳氫電池的手機，電池容量已經達到了1300mAh。
但是，鎳氫電池也有自己的問題，它發熱量大，不用的時候漏電很厲害——即使關機了，也不能阻止電池把電耗光。因此，鎳氫電池隨著手機之光——鋰電池的逐漸商用，也被取而代之了。
手機之光——鋰電池
1991年，鋰離子電池，也就是我們常說的鋰電池首次進入商用領域，手機終於獲得了持久而穩定的續航。可以說，如果沒有鋰電池的加持，就沒有今天功能強勁的手機和五花八門的APP。
鋰電池和鎳鎘電池、鎳氫電池不一樣，後兩者在充放電的時候，都是電子和OH-來回跑，鎳和其它金屬是不動的，鋰電池則是鋰離子和電子來回跑。
就拿我們現在常用的鋰電池來說，它的負極一般是片層結構的石墨，鋰原子就“夾”在這些片層之中，而正極，則可以是各種型別的金屬氧化物，它呈網格狀，鋰原子同樣也能藏在裡面。這種結構的電池的充放電過程，實際就是鋰離子逃離“牢籠”，透過電池中間的隔膜、電子透過導線來回跑而已。
▲ 鋰電池工作原理，此處的晶格結構僅為示意，不同的物質晶格結構有所不同。製圖/張雨晨
相比於另外兩種電池，鋰電池容量大，沒有記憶效應，發熱也少，除了造價貴之外，幾乎沒有什麼缺點。80後記憶裡的那幾款超長續航的小板兒機，其背後都是鋰電池的功勞。
今天的鋰電池，和之前用的鋰電池相比，容量已經提升了數倍，但這種提升速度卻依然跟不上時代的步伐。
如今的智慧手機，效能先進，都已經快成相機+電腦的結合體了，各種大型軟體、即時通訊軟體都會大量耗電，大屏、120Hz高畫質屏也會增加耗電，反觀我們自己，用手機的時間也是越來越長。
鋰電池就不能再發展發展，更加澎湃、持久麼？恐怕很難！
想提升鋰電池的效能，無非就是提高鋰原子的佔比而已，現在鋰離子電池中的鋰原子佔比僅不到1%，看似還有大把的提升空間，但提升後的安全性卻無法得到保障，具體的例子這裡就不展開了。
而過充、過放，都容易導致鋰電池正負極晶格體系的破壞，從而導致鼓包。
那麼，鋰電池該如何充電？
鋰電池沒有記憶效應，但害怕過度放電和充電。過度的放電和充電，會讓部分鋰原子被死死地“壓進”正負極中無法逃脫，導致電池容量減小。所以，鋰電池一般可以在還剩20%電量的時候充電，充到90%的時候結束充電。
不過，現在手機的鋰電池中都有保護電路，會在過度充電時切斷電路，儘管如此，還是儘量避免充電過夜。
另外，在充電期間玩手機遊戲，也會導致電池溫度提升，壽命縮短。
電量焦慮，什麼時候才能解決？
能從根本上解決電量焦慮的方法，還是改進電池。
科學家們至今還沒有放棄鋰電池，矽和鋰金屬都被認為是可以作為負極的潛在材料，幾年前，新加坡南洋理工大學的科學家曾嘗試用二氧化鈦凝膠代替石墨，但這種改進只是讓充電變得更快，電容量卻不見增加。
以硫為陽極的鋰硫電池是在短期內最有可能成功的技術之一，只不過，鋰硫電池在連續充電後電解液迅速降解的問題很難解決。
除此之外，人們還嘗試使用固態物質代替鋰電池裡的電解液，這樣就沒有刺破短路的風險了。但固態物質與陰陽兩極的接觸可沒法做到液態物質那麼緊密，電導率也難以提升。
在鋰電池之外，燃料電池也為電池的未來提供了一種新的可能性，比如氫能源汽車如今已經在日本上市了，但這種電池能否用在手機上，還是個未知數。
在電池技術尚未突破的時候，我們還能用快充來解決部分焦慮，比如某廣告詞：“充電5分鐘，通話2小時。”那時，手機的快充功率只有20W，現在手機的充電器已經高達100W了。
在現有的電池保護技術條件下，快速充電對鋰電池的損傷基本上可以忽略不計，甚至很多時候，手機電池還沒退役，你就已經考慮在為新型號的手機剁手了！
當然，還有一種最為簡單、也最為環保的解決電量焦慮的方法，那就是放下你的手機，讓眼睛好好休息一下吧~
來源：科普中國，中科院物理所（ID:cas-iop）、中國國家地理BOOK
