| 出版日期：2001-03-05 总期号：999 本年期号：14 |
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电池技术仍有戏唱
David Orenstein 移动电话及其他手持设备正不断增添令人惊叹的功能，而同时，对电池的渴求也更加迫切，人们不得不担心，电池生产商能否与这些新设备齐步前进呢？ 如果说电池寿命过于短暂是今天的移动电话用户们面临的一大难题，那么随着电话与PDA开始配备彩色屏幕并在无线Web上处理语音命令，现在显得很突出的电源短缺问题，将来就会变得无关紧要。 目前市场上，各种手持设备不断花样翻新，而电池的性能则越来越严重地制约人们正常使用这些设备。产生这个问题的根源不难发现：硬件生产商与服务提供商，迫切地希望把消耗大量电源的功能与特色加入到手持设备中，以增强产品的市场竞争能力，而电池技术却仍在蹒跚而行。 半导体生产商大约只需18个月就能使一块硅片上的晶体管数量翻一番，因而极大地提高了运行设备的性能。电池生产商却需要5到10年才能实现类似的功能增强。全球著名的电池生产商之一美国三洋能源公司的销售副总裁约瑟夫·卡科恩说：“目前，我们正面临地球上现有材料即元素周期表的限制。” 幸运的是，研究便携设备电源的化学家与工程师正齐心协力，希望通过大幅提高电子设备能源效率的新型电池技术与新型的软硬件设计来解决这个问题。 提高功率 研究便携设备电源的化学家与工程师们的目标是，节省电能消耗，从而使下一代移动电话能轻快运行而不是呼哧直响。 电池技术事关重大。一方面，消费者要求产品不断增加新特色，同时又不接受一眨眼功夫就耗尽电源的花里胡哨的硬件产品。举例说，Palm Pilot能以巨大优势压倒以Windows CE为操作系统的手持设备，很大程度上就是因为两者电池寿命有很大区别。 这对研究人员们来说不是新闻。几十年来，他们一直想方设法对能产生更强大电力的化学反应的元素进行全新组合。他们的经验表明，想要改变一项新工艺得需要几年的时间，才能消除危险故障，目前最先进的锂离子技术的电池，虽然问世已有10年时间，但仍不成熟。去年10月，由于会造成失火隐患，康柏电脑公司不得不收回了用于笔记本电脑的55000个设计不良的锂离子电池组。 然而目前并非没有希望，锂离子技术仍有改进的余地，咨询业巨擘阿瑟·D·利特尔公司电池技术与创新主管奥纳卢德说：“我不知道锂离子技术的上限是什么，但也许能达到现有性能水平的10倍。”尽管这种改进可能多年以后才会出现，但这种改进将使锂离子电池比镍金属氢化物（NiMH）电池的电力强劲40倍，NiMH电池是目前移动设备所使用的最畅销的电源。这类成就不容小觑：锂离子提供的能量密度（每千克120-200瓦时）就已经是普通镍镉电池的3～4倍了。 在较短时期，更多不太大的技术进步将给人们带来真正的实惠。一个较大的改进出现在1999年，当时研究人员发现了如何把通常含有一种液体的锂电池转变成可锻塑料，即聚合物。因为聚合物电池能呈现任何形状，因而更适合各种特定设备，而且任何聚合物电池的电源可能要比类似大小的普通NiMH电池强劲。这种用于笔记本电脑及其他设备的聚合物电池，如今在市场上已经有售。 去年秋天，美国联邦政府拔款200万美元给加利福尼亚州的PolyStor公司，资助研制一种新型锂离子电池的为期两年的项目，其新电池的容量将是今天锂离子电池的两倍，并具有一旦自身变得不安全就会自动关闭的智能。 燃料电池 绕开传统电池化学特性限制的一个方法，就是找到一种新的化学特性。燃料电池就是一种新的方法，它给电话充电的性能将胜过直接充电，但燃料电池无法供应电子设备瞬时需要的大量突然电源。 现在，许多公司正投资改进依靠化学物质，如甲醇，而不是金属与酸产生电力的燃料电池，然而便携设备燃料行业有许多方面还有待于证明。目前这种产品还仅限于原型阶段，而且还有几大技术障碍依然存在。 一旦燃料电池革命出现，每当电话与PDA需要充电，消费者不必再寻找墙上的电源插座，而只要重新放入一盒廉价的甲醇，它们就会给设备充电。2000年10月底，美国新墨西哥州阿拉莫斯的曼哈顿科学公司，推出了一种由燃料电池提供电源的便携电话充电器原型。用户只需在移动电话的通话间隙，把电话插入只比普通的电话包装盒大一点的充电器，然后内置的燃料电池就会给电话充电。该公司声称，每充一次电，移动电话可以连续使用一个月，耗用的甲醇约为一盎司。这家公司现正在寻找财力雄厚的合作伙伴，以帮助自己开始生产。燃料电池给电话充电的性能将胜过直接充电，但与普通电池不同的是，燃料电池无法供应电子设备短时需要的大量的突然电源。 燃料电池工程师还要解决管道问题：他们必须设计出复杂的小管子系统，以便把甲醇送入燃料电池。现在，工程师面临的挑战是：设法把切实可行的管子系统塞进电话与便携充电器，但设备又不能做得过大，以至消费者无法方便携带。 一旦管子问题安排妥当，工程师就得找出方法降低水的含量，因为甲醇必须首先跟水混和。虽然纯甲醇的能量密度是今天锂离子电池的15～30倍，但燃料电池的性能总是不尽如人意，因为燃料电池要想起作用，就必须用水稀释甲醇。另一家小公司Medis Technology的CEO罗伯特·利夫顿声称，公司取得了一项技术突破，从而可以使用浓度高于现有甲醇的燃料。摩托罗拉公司能源技术实验室主任杰里·霍尔马克表示，虽然有可能，但自己对Medis这项突破的实际成效持有怀疑。他认为，许多公司试图研制出浓度较高的甲醇燃料，但都徒劳无功。 减少电源数量 虽然一些研究人员在努力研制能产生更强大电源的电池，但另一些研究人员却正从相反的方向着手解决这个问题，即竭力降低便携设备所需的电源数量。 德州仪器（TI）等公司希望通过设计出性能更好的调节器，以确保电源尽可能得到最有效利用。TI负责电池系列产品的业务经理戴夫·希考克，把这比作驾车处在最佳速度，以增加汽油里程数。 由于移动电话与PDA一度依赖于发展成熟的PC的功能，现在它们也将开始使用同样的一些部件，包括更高档的处理器，但工程师们必须首先控制芯片对电源的需求。Transmeta的设计人员推出的Crusoe处理器，朝这个方向迈出了备受瞩目的一步，其芯片的功耗仅为英特尔奔腾Ⅲ处理器的一半，不过测试表明，目前其性能尚不稳定。与此同时，英特尔在去年8月推出的X级微体系结构（X Scale Microarchitecture），其设计意图在于：根据应用程度的需要来调整处理器的速度与功耗，通过这一功能来降低手持设备与无线设备的功耗。如果运行需要大量电源的软件，芯片就会以峰值状态运转从而提供大量电源，但如果执行较轻松的任务，系统就会相应缩减功耗。这种体系结构是已经安装在康柏的iPaq等设备的StrongArm系列处理器的扩展。 同时，普渡大学的研究人员研制出了用于高档处理器内存，即高速缓冲内存的控制电路，如果晶体管不需要电流，它就会关闭电流供给。这个研究小组的领导人之一，普渡大学教授T·N·维杰伊库马宣布，模拟试验表明，这项技术可以把高速缓冲内存的功耗降低62%，但性能仅降低4%。采用X级微体系结构的那些处理器将会使用高速缓冲内存，虽然它们仅用于电话与手持设备。 然而，不管化学家与工程师取得多大成就，设备的功能总是难免与对电源的需求息息相关，而在可预见到的未来，关注电源方面的人士将竭力同关注功能方面的人士在技术进展方面保持步伐一致。阿瑟·D·利特尔公司的兰珀-奥纳卢德说：“从电池生产商的角度，他们的看法是‘我们辛辛苦苦为你们这些人提供更强劲的电源，然而一旦我们提供了稍微多一点的电源，你们就立即用得一干二净’，这始终将是件很难协调的事。” |
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