初代iPhone对我们曾经所熟悉的个人计算设备带来了一场革命性，而它发布距今已有10年时间了。虽然这款手机彻底改变了我们与个人电子设备的交互方式，它也并不完美。实际上，作为手机的关键元素之一，初代iPhone的续航能力可谓十分糟糕。

     虽然手机技术依然在高速发展，处理器速度越来越快，摄像头像素越来越高，内存和存储空间越来越大。但作为困扰初代iPhone的最大问题之一，糟糕的续航能力依然延续至今。对于大多数智能手机而言，36小时的续航几乎已经是极限了。

     虽然新闻报道会时不时介绍一些所谓的前沿电池技术，号称能在未来让智能手机提供长达一周的续航能力。但我们和这个目标之间的距离并没有比10年——也就是乔布斯告诉我们每天都得给手机充电那时——更近了一步。

  为什么智能手机电池的发展速度如此缓慢？完美的智能手机电池距离我们还有多远？本文就会对这些问题进行探寻。

追寻遥不可及的梦想

    你或许会说，提升续航有什么难的？把电池容量扩大，或者从手机厂商赚取的数十亿利润当中抽一部分用来搞研发不就好了？

    很遗憾，事情并没有那么简单。开发新电池并不只是投入资金、雇佣最优秀的科学家和工程师、或者是耗时间而已。和提高处理性能不同的是，制作更高能量密度的电池需要创建一个新的科学领域。

  “处理性能都是符合摩尔定律的，因此晶体管每隔几年都会略微缩小。如此一来，我们就能在芯片当中放进更多的晶体管，并以此获得更高的处理性能。”伦敦帝国学院戴森设计工程学院电化学科学与工程讲师Billy Wu博士这样说道。

  “对于微处理器而言，最重要的是缩小一切。而对于锂离子电池，如果你想提高能量密度，那就需要从根本上改变你放进电池的材料。”

    这可不是简单地替换某些化学元素那么简单。你需要小心翼翼地平衡各种元素的混合，因为稍不注意就可能引起严重问题。

 “目前我们使用的是NMC，也就是镍钴锰三元锂离子氧化物材料，在未来几年里，我们将能通过调整三种材料的混合比例来增加电池密度。”他解释道。

  “由于材料没有发生改变，我们可以继续使用之前的生产线。而这或许可以带来10-20%的电池性能提升。”

    10-20%的续航提升并不算高，充其量也只能把智能手机的充电间隔从一天延长到2天。用多年的研发换来这点程度的提升显然不是消费者期待中的技术进步。

为什么不能快速解决续航问题

     虽然消费者和整个产业都在呼吁使用更高能量密度的电池，但这份等待可能会再持续一段时间。

 “电池生产有点像是一种黑魔法，”Wu博士告诉我们，“之所以耗时这么长，是因为人们必须去尝试每一种组合。我们想要增加增加续航时间，而为了确保这一点，我们必须进行测试。”

   即便找到适合的替代材料，并不是说简单地进行一下替换就行了。

  “在电池当中，有机硅被看作是石墨的替代。由于它的能量密度是后者的10倍，我们可以想象未来手机的续航被延长到10天而不是1天，”Wu博士说道，“但问题在于，这种材料会产生体积上的大幅增加。”

  “在对电池进行充放电时，石墨的体积会产生10%的扩张和收缩，这是我们可以承受的。但有机硅在充放电时的体积会扩大300%，试想一下，如果一部电动汽车所使用的是一块1米宽的电池，那它在充电时会突然变大到3米宽，这显然是无法被实际应用的。”Wu博士解释道。
“我们需要去处理当中的一些工程技术难点。”

    资金也是电池研发的一个关键点。这里说的并不是用于研发的资金——那是相当充足的，而是由于相关的技术突破蕴含着高达数十亿英镑的利润潜力，数以百计的厂商、科学家和研究团体都在寻找突破口。

    但这些资源并没有被汇集在一起，研发当中也并没有遵循利润第一的准则，这种缺乏全行业合作的方式将会影响到技术的进步。

 “正在实验新电池技术的人们都进行着大量的研发工作，”高通产品管理总监George Paparrizos告诉我们，“他们当中有许多人正处于初级阶段，而一个研发项目通常许多数年时间才能真正投入生产。”

   我们何时才能迎来大幅度的进步？

   那相关的技术研发何时才能让续航一周的智能手机变成现实呢？除非你能欣然接受诺基亚3310而不是iPhone 8或者Galaxy S9，否则就还得继续等待。

 “开发一种新的化学材料大致需要10年时间和1亿英镑资金，这种规模的经济和微处理器是没法比的。”Wu博士说道。

   这还只是第一阶段而已。在度过了冗长的开发阶段之后，你还需要再花10年让这些新材料变得足够安全和稳定，以供大规模的商业化应用。

  “一种新的化学材料通常需要10年时间才能实现商业化。就拿最初的锂离子电池专利为例，它是牛津大学在1980年发布的，索尼则率先在上世纪90年代实现了它的商业化。”

  “已经有一些化学材料被证明可以延长电池续航了。人们正在讨论把硫或硅等材料加入带电池当中，制作成所谓的锂空气电池。但这种电池将需要10-20年的时间才能发展完善。”

但是，虽说新的电池化学材料距离真正投入应用还有相当长的时间，这并不意味着该领域内就没有技术进步。

    填补空缺

    虽然速度很缓慢，但智能手机的续航能力的确是在不断提高的。不过由于其他手机元件的耗电量越来越高，比如更大尺寸、更高分辨率的显示屏，续航的小幅进步也只是让手机续航能保持现状而已。

    想要优化现有电池技术表现的不只是技术专家。手机厂商和零部件同样在竭尽全力去利用每一丝的电池性能。

   “电池技术的创新是一个长期目标，而在此期间，我们已经在专注于降低产品功耗了。”一位HTC的发言人这样告诉我们。

   “举个例子，HTC 10的PowerBotics系统就可以提高手机硬件和软件的能效。通过自动检测和关闭能耗过高的应用，它能将手机续航提升最多30%。”

   “诸如HTC Sense Companion这样的软件可以根据手机目前的电量消耗情况以及用户平时的使用习惯来对剩余续航作出预测，让用户了解到自己的手机还有多久会没电。”

     HTC并非是采取这种续航优化方式的唯一一家厂商，他们的竞争对手也都在想方设法地去延长自家设备的续航能力。与此同时，高通这样的零部件供应商也在开发自己的解决方案。

   “高通也进行了一些努力。骁龙835是第一款使用全新10nm工艺制作的处理器。当我们每一次推动处理器技术向前发展，漏损会变得越来越少，系统内部的效率也会大幅提高，”Paparrizos解释道，“我们每一年都会改善续航能力，并将其转换成系统性能。而我们每年的目标是更加效率地实现这个目标。”

    “能效提升的数字都不会很大，因为你最终也只能达到最多100%的能效提升。”

电池实验的危险之处

    让手机电池趋于完美的道路上还有另一个巨大的阻碍，它就是安全性。

    去年的三星Galaxy Note 7电池爆炸事件让公众认识到了实验电池技术的困难和危险，同时也让整个智能手机产业在压榨电池性能上面变得更加谨慎。

  “电池内部被放进去的能量越多，它就会变得更加危险，”Wu博士说道，“在我们这样做的同时，必须去留意它是否会发生爆炸。”

    Galaxy Note 7事件不只是一场公关灾难，还会让手机厂商变得更加畏首畏尾，从而延缓电池技术的发展。

  “Note 7事件的确让电池获得了更大关注。我们并不总是能看到OEM是如何使用电池的，一些人对它的压榨可能会更甚于其他人。”Paparrizos补充道。

  “据我的猜测，他们在推动能量密度的极限上面可能有点过头了，而没有考虑到安全因素。这是业界最主要的担忧之一，可能也会成为阻碍电池技术发展的因素。”Wu博士说道。

智能手机研发的未来

     虽然处理器性能和摄像头分辨率的提升每年还将继续，智能手机电池在短时间内可能依然无法跟上。但是，厂商们对于电池技术的侧重也在不断增加。

   “电池是整个产业的关注点之一，”Paparrizos说道，“纵观所有的智能手机技术，电池是拖后腿的一种。而发现某种技术在拖后腿之后，人们就会把更多的关注放在它的身上，并最终让它跟上技术进步。”

     电池技术将会被迫跟上脚步。虽然需要一定的时间，但这一天总会到来。