【導讀】在我們上高中的時候，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全面的認知。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。
基本上當時我們就知道了什么叫做電容。沒錯，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會用電池來代替電容器呢?下面我們可以來看看這個問題的答案。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，同時它們也智能保存一個小電荷。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，但是遠遠小于鋰電池的電量，但是體積要比普通電容縮小一百倍還多。同時，超級電容器充電速度要比鋰離子電池更快，同時消耗速度也沒有普通電容那么快。并且隨著時間推移，超級電容器對于極端環(huán)境溫度的適應能力也更強。
目前許多智能手機都采用了不可更換電池的設(shè)計，因此超級電容器的運用有一天非?？赡茏兂涩F(xiàn)實。要知道普通的智能手機都會遇到的這樣的問題:在電池使用大約 18 個月左右，給手機充一次電能維持的時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。
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年的時間才能看到超級電容器使用到智能手機上。但是許多研究機構(gòu)都已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了提升超級電容器存儲容量的方法。
比如佛羅里達中央大學的研究團隊就將超級電容器的發(fā)展速度提升了一大截。這個團隊已經(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。
該團隊研發(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。超高的導電性能可以加快電子運動和轉(zhuǎn)移的速度，使電池能夠超快速地進行充電、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)定性上都遠遠超出常規(guī)標準。未來，電動汽車等設(shè)備也能夠使用這種新型電容器。因為它的柔韌性極好，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里的電池，然后再給你的手機充上幾秒鐘電，接下來你一個星期內(nèi)都不必再給手機充電了。
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的爆炸嚴重的多。
其次是如何完成高速充電時間的效果。從技術(shù)上來說，超級電容在幾秒鐘之內(nèi)完成充電時完全可能的，但是在實踐中，需要一個巨大能量的電源，甚至像足球那么大的充電裝置。因此隨著電源體積的縮小，充電時間也會相應延長。畢竟誰也不想為自己的筆記本配備一個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電池的替代品需要大量的研發(fā)經(jīng)歷和時間，而這些都需要更多的投資和時間。因此想要將這項技術(shù)實際運用，在初期成本將會非常高，而這無疑會直接提升智能手機的價格。
但是每一項新興技術(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的新鮮功能，而現(xiàn)在幾乎成為了標配。因此，科技進步的步伐不會停止，未來肯定會有代替鋰電池的新技術(shù)。而這項技術(shù)究竟是否是超級電容，只有時間能給我們答案了。
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