電池科學(xué)隸屬于電化學(xué)和材料科學(xué)范疇，電化學(xué)和材料科學(xué)又很大程度上是屬于實驗科學(xué)，目前很多高校和企業(yè)都能做。事實上，電池的基本原理并不復(fù)雜，還是初中課本上的氧化還原反應(yīng)。

雖然電池系統(tǒng)的原理簡單，但是進一步的革命性突破卻很難。我們現(xiàn)在用的電池和90年代比起來差不太多。可以說，前20多年，電池技術(shù)基本沒有突破。那么，電池技術(shù)的發(fā)展為什么如此難以突破？如此高深莫測呢？讓我們從以下三個方面來探討：

一、新材料研發(fā)難

電池系統(tǒng)是一個復(fù)雜的多變量系統(tǒng)。拿鋰離子電池來說，找到適合的氧化還原反應(yīng)，只是萬里長征走完了第一步，只說明能發(fā)生如此氧化還原反應(yīng)的材料有可能作為電池正負極材料。但這種材料是否真正可行，受制于太多因素。

電池對材料的要求極其苛刻：

充電效率高

能量密度要高，能用最小的體積儲存最多的電量；如今鋰電池的能量密度已經(jīng)頂?shù)搅颂旎ò?。它理論上的能量密度最高能達到600瓦時升，現(xiàn)在最先進的技術(shù)已經(jīng)可以做到大約550瓦時升，但還是不夠人們使用；

安全性高

電池的安全性當然是非常重要的一點，在使用過程中不能一言不合就爆炸，還要能在實驗中淡定的面對科學(xué)家各種變態(tài)試驗；

使用壽命長

它的循環(huán)使用壽命要長，不能充個幾次電就報廢了，有些電池開始使用充放電還不錯，但是慢慢地效率就越來越差，最后只能達到開始時的一半甚至更低；

環(huán)保材料

新材料必須要是環(huán)保材料，因為電池是廣泛應(yīng)用于生活的方方面面，不能對環(huán)境產(chǎn)生污染；

成本低

如果電池成本太高，根本無法應(yīng)用。除非用于特種、心臟起搏器及其他植入式醫(yī)療器械等領(lǐng)。最近有牛人開始用金子做正極，這種電池就算做出來，那也只有土豪才用的起。

二、無推導(dǎo)方法和數(shù)學(xué)模型

電池的發(fā)展依賴于電化學(xué)的研究進展。但在電化學(xué)領(lǐng)域，很多理論都非常不完善。到現(xiàn)在，電池行業(yè)還沒有理論的推導(dǎo)方法和數(shù)學(xué)模型，只能依靠龐大的試驗數(shù)據(jù)來尋找趨勢。

試驗面臨如下幾個問題：

實驗無理論推導(dǎo)

學(xué)的理論往往不管用，必須要經(jīng)過大量的實驗來確定。經(jīng)常拍拍腦袋想出一個看似可行的方案，但經(jīng)過一番折騰后往往發(fā)現(xiàn)這個方案完全行不通。

實驗的重現(xiàn)性差

實驗中的細節(jié)非常多，不可能完全描述出來，數(shù)據(jù)準確性很難判斷。因此通常情況下文獻里的實驗都很難重復(fù)做出來。

實驗周期長

做出來一種電池后測得那些數(shù)據(jù)非常慢，比如電池循環(huán)曲線，一測就是半個月。半個月后發(fā)現(xiàn)不行又得重頭再來，折騰幾下時間就沒了。

三、輔助手段改良遇瓶頸

在還沒找到新材料之前，研發(fā)人員開始借助一些輔助手段來改良電池，有以下兩方面：

（1）超級電容：讓充電變得更快

超級電容如今在技術(shù)上算比較成熟，它是一種電源，性能介于傳統(tǒng)電容器和電池之間，可以反復(fù)充放電幾十萬次。目前寧波、上海等城市已經(jīng)開始使用超級電容的公交車了。

超級電容公交車

超級電容最大的優(yōu)點是充電速度快，等一個紅燈的時間就可以給公交車充滿電，充電的速度令人吃驚。那為什么沒有把它應(yīng)用到智能手機和小汽車上呢？

1）超級電容的致命缺點是電池的體積大，比鋰電池要大很多，無法應(yīng)用到手機上；

2）超級電容雖然充電快，但放電也快，目前在小汽車上還無法應(yīng)用。

（2）無線充電：讓充電更方便

現(xiàn)在的無線充電主要運用電磁感應(yīng)原理，手機和充電器上各有一個線圈，讓充電器通電帶電，再使用兩個線圈的相互作用來傳輸電流。

但它并不方便，因為充電時必須將充電器插在插座上，再將手機對準位置放在充電器上，手機才可以開始充電。這并不會比普通的充電要簡單。

總而言之，若要進一步提高電池性能，取得革命性突破，需要解決科學(xué)和工程領(lǐng)域內(nèi)的一系列問題，涉及到材料學(xué)、無機化學(xué)、有機化學(xué)、物理、界面、表面、動力學(xué)、熱力學(xué)、工程機械加工、電子電路技術(shù)等交織在一起的諸多問題。

雖然電池技術(shù)最近十幾年來都沒有取得很大的進展，但在電池容量上，每年都會有5%～8%的進步。相信通過全球研究人員不斷地試錯和探索，今后十年，電池行業(yè)將會迎來新的發(fā)展機遇！