【導(dǎo)讀】在我們上高中的時(shí)候，物理老師總是會用各種不同的方式來讓我們對物理知識有一個(gè)全面的認(rèn)知。比如一種DIY的教具是由巨大的電容、一層鋁箔和55加侖的塑料桶組成。雖然看起來很粗糙，但是它產(chǎn)生的電量卻能讓我們深刻的感受到“觸電”是一種什么感受。
基本上當(dāng)時(shí)我們就知道了什么叫做電容。沒錯(cuò)，這是一種可以儲存和傳遞電荷的設(shè)備。而它的原理也類似于我們常見的電池。但是為什么我們使用的智能手機(jī)會用電池來代替電容器呢?下面我們可以來看看這個(gè)問題的答案。而隨著一種超級電容器的新技術(shù)誕生，讓這種充電儲電設(shè)備又重新來到了我們的面前。而這也是為什么終有一天它會取代現(xiàn)在無處不在的鋰離子電池。
電池vs電容器：有什么區(qū)別？
電池有很多種形狀，大小和類型。所有現(xiàn)代的智能手機(jī)所使用的是可充電的鋰離子電池，而高密度能量而著稱。這就意味著它們可以在小巧和輕便的體積下保存大量的電量，并且適合在便攜式電子設(shè)備中使用。
不過與電池不同，電容器充放電的速度很快，同時(shí)它們也智能保存一個(gè)小電荷。因此如果想要為一臺iPhone通過電容器的方式提供足夠的電量，那么你需要一輛面包車才能拉動那么大的電容器。而這只是電池和電容器之間的主要區(qū)別，因此證明了為何在智能手機(jī)上無法使用普通的電容器。
什么又是超級電容器
而現(xiàn)在有了一種名叫“超級電容器”的技術(shù)，它介于電池和普通電容器之間。它們可以保存一定量的電量，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋰電池的電量，但是體積要比普通電容縮小一百倍還多。同時(shí)，超級電容器充電速度要比鋰離子電池更快，同時(shí)消耗速度也沒有普通電容那么快。并且隨著時(shí)間推移，超級電容器對于極端環(huán)境溫度的適應(yīng)能力也更強(qiáng)。
目前許多智能手機(jī)都采用了不可更換電池的設(shè)計(jì)，因此超級電容器的運(yùn)用有一天非?？赡茏兂涩F(xiàn)實(shí)。要知道普通的智能手機(jī)都會遇到的這樣的問題:在電池使用大約 18 個(gè)月左右，給手機(jī)充一次電能維持的時(shí)間開始變得越來越短。這說明電池儲存電的能力下降了。想象一下，一臺智能手機(jī)可以在幾秒鐘智能充滿電，并且在使用十年之后電量都沒有任何衰減，這絕對會帶來革命性的使用體驗(yàn)。
超級電容器的前景
有一件事是可以肯定的，明天的智能手機(jī)不會使用超級電容器技術(shù)，甚至我們還需要等待超過10年的時(shí)間才能看到超級電容器使用到智能手機(jī)上。但是許多研究機(jī)構(gòu)都已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了提升超級電容器存儲容量的方法。
比如佛羅里達(dá)中央大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)就將超級電容器的發(fā)展速度提升了一大截。這個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研發(fā)出能夠存儲更多能量的“超級電池”。傳統(tǒng)的鋰電池充電1500次之后性能就開始有不同程度的衰減，而這種超級電容器能夠連續(xù)使用3萬次性能都不會下降。
該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的超級電容器由幾百萬條長度僅為幾納米的電線組成，每條電線都被二維材料包裹著。超高的導(dǎo)電性能可以加快電子運(yùn)動和轉(zhuǎn)移的速度，使電池能夠超快速地進(jìn)行充電、放電。
對于小型設(shè)備，這種材料在能量密度、功率密度和穩(wěn)定性上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。未來，電動汽車等設(shè)備也能夠使用這種新型電容器。因?yàn)樗娜犴g性極好，可以彎曲，因此還能與可穿戴設(shè)備結(jié)合。
只要用這種超級電容器換掉你手機(jī)里的電池，然后再給你的手機(jī)充上幾秒鐘電，接下來你一個(gè)星期內(nèi)都不必再給手機(jī)充電了。
超級電容面臨的挑戰(zhàn)
首先，安全問題是最需要面對的挑戰(zhàn)。正像上面提到的，電容和超級電容的放點(diǎn)速度都很快，因此如果放電失敗的話可以會出現(xiàn)火花。而這種效果可要比三星Galaxy Note 7的爆炸嚴(yán)重的多。
其次是如何完成高速充電時(shí)間的效果。從技術(shù)上來說，超級電容在幾秒鐘之內(nèi)完成充電時(shí)完全可能的，但是在實(shí)踐中，需要一個(gè)巨大能量的電源，甚至像足球那么大的充電裝置。因此隨著電源體積的縮小，充電時(shí)間也會相應(yīng)延長。畢竟誰也不想為自己的筆記本配備一個(gè)足球那么大的電源吧。
另外還要考慮的問題就是成本，目前想要讓超級電容成為智能手機(jī)電池的替代品需要大量的研發(fā)經(jīng)歷和時(shí)間，而這些都需要更多的投資和時(shí)間。因此想要將這項(xiàng)技術(shù)實(shí)際運(yùn)用，在初期成本將會非常高，而這無疑會直接提升智能手機(jī)的價(jià)格。
但是每一項(xiàng)新興技術(shù)的問世都要面對各種各樣的挑戰(zhàn)，還有許多困難要克服。曾經(jīng)，彩色屏幕、配備攝像頭都是智能手機(jī)的新鮮功能，而現(xiàn)在幾乎成為了標(biāo)配。因此，科技進(jìn)步的步伐不會停止，未來肯定會有代替鋰電池的新技術(shù)。而這項(xiàng)技術(shù)究竟是否是超級電容，只有時(shí)間能給我們答案了。
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