氫燃料電池的iPhone 你認為何時才能成真？
2015-09-06 20:47:34 weiphone續航可以長達 7 天，這是氫燃料電池最新的實踐于 iPhone 6 的成果，相信正在承受一天一充的你我都會感到驚訝！但同時你我也都抱怨，智能手機硬件配置日益增長，功能越來越發達的今天，為什么電池技術沒有實質性的突破，甚至明顯感受到電池技術仿佛在退步。 雖然說氫燃料電池手機連影都沒見著，但你真不希望它能成真嗎？
最近有兩個比較值得果粉關注的新聞，首先是英國的能源科技開發商 Intelligent Energy 公布，他們已經在全球首款個智能手機氫燃料電池技術上取得重大突破，聲稱將自家研究的氫燃料電池放到一臺iPhone 6 中，續航可以達到整整 7 天時間，而且 iPhone 無需改變形狀和尺寸，運行正常。但因為電池是由氫和氧發生反應，會產生一點點的水以及熱量，于是只要背部開孔讓水蒸氣排掉即刻，而且一般我們完全感受不到這種物理變化。
緊接著才過幾天，又一則新聞表示，蘋果一項命名為“便攜計算設備使用的燃料電池系統”（Fuel Cell System to Power a Portable Computing Device）的專利，剛剛獲得批準公布。專利中提到，因為氫氣和氧氣等化學反應就能產生大量的電能，所以可以在電子產品內置燃料盒、控制器和連接線等就能對之加以利用，既環保又耐用。其中有關專利描述提到關鍵詞“MagSafe 接口”，意味著這種全新燃料電池的對象是蘋果旗下 MacBook 系列筆記本電腦。
兩則消息告訴我們，這種能夠長達數天續航全新的電池技術就是氫燃料電池，通過燃料與氧化劑化學反應，直接將化學能轉變成電能，而且運用到 iPhone 或 MacBook 中已幾乎成為可能。重點在于，蘋果本身也在關注氫燃料電池的發展，那么是否意味著短時間內蘋果設備會實現燃料電池供電呢？
電池續航令果粉一直不滿
今天，智能手機的硬件和功能已經越來越強大了，不過用戶最關心的電池續航時間，仍感到相當不滿意。 作為一款隨身攜帶的移動設備，iPhone 除了基本的通信用途之外，隨著功能更強大我們通常還用它上網查資料、語音導航、游戲娛樂或消磨時間等等，此時電池續航與使用時間難免無法平衡。所以為了解決這個問題，一種名為“移動電源”的東西誕生了，中度和重度使用者通常隨身攜帶一款，這種行為堪稱用戶體驗的歷史倒退。
蘋果已經意識到了智能手機和移動設備電池續航的軟肋，伴隨著處理器功耗的降低以及系統優化改進，盡管蘋果在每一代 iPhone 升級時都努力保持了電池續航時間不變，但是用戶似乎并不買賬足，續航這個問題甚至一度是 iPhone 用戶最不滿意之首。很多測試表明在同級別旗艦機競爭中，iPhone 續航時間早已落后，就連其他手機廠商在廣告中也以此為嘲諷點，嘲笑 iPhone 用戶離不開電源插座或移動電源。
說實話，最根本的問題在于鋰電池技術的改革真的非常緩慢，因此許多智能手機就此選擇配備快速充電、無線充電技術緩解手機缺電的煩惱，但結果都不理想。然而，蘋果在有關氫燃料電池技術的專利文件中表示，利用該技術相關設備的續航能力可長達數天甚至是數周。于是我們不禁會想，作為業內新技術的主力推動者之一，面對智能手機續航能力差的軟肋，蘋果有可能在某一天放棄使用鋰離子電池，轉而研發出針對手機的氫燃料電池技術和方案。
蘋果與氫燃料電池撇不開干系
前面的消息也提到了，氫燃料電池可大幅提升續航，并且可以讓 iPhone 比大多數靠鋰電池來驅動更有技術含量。其實除了這幾天公布的這項專利，蘋果在 2010 年還申請了另一項與燃料電池相關的專利，只不過還沒有審核通過。實際上，從那年開始蘋果又將兩個相關氫燃料電池的專利提交了申請。第一個為“并行燃料棧架構”專利，描述了蘋果如何將一套燃料電池安放在電池燃料堆棧之中。第二個專利的名為“輕量型燃料電池板”，描述了如何使用輕量級導電性和耐腐蝕性材料建造燃料電池。幾天之前剛剛獲批的專利，也只是這兩項專利的后續補充而已。
另外，早在 2014 年 7 月份就開始有消息稱，蘋果正在與 Intelligent Energy 公司展開氫燃料電池上合作，況且該公司位于 San Jose 的新辦公室距離蘋果 Cupertino 總部并不遠，其董事會成員兼運營官甚至還有前蘋果計算機產品專家官喬·沙利文（Joe O'Sullivan）。更重要的是，Intelligent Energy 公司從一家電池公司那里購買了很多專利，以幫助其生產移動燃料電池，而這些專利被證實是從 2013 年 12 月開始就與蘋果聯合購買。這些跡象表明，蘋果可能已經在低調開發研發氫燃料電池中，只是目前離推向市場前可能仍有很多困難要解決。
那么，被看好的氫燃料電池是什么工作原理
氫燃料電池的工作原理并不復雜，大說數解釋已經說得很清楚。當電池使用時，首先會將氫氣送到燃料電池的陽極板（負極），經過催化劑（鉑）的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子（質子）穿過質子交換膜，到達燃料電池陰極板（正極），這個電子外部電路，到達燃料電池陰極板，從而在外電路中產生電流，電子到達陰極板后，與氧原子和氫離子重新結合為水。
簡單的說，使用氫燃料作為電池的電能量來源，即通過內部貯存的“氫氣”與空氣中的“氧氣”進行“化學反應”以產生電能量，由于反應副產物只有水，所以是對環境無污染的清潔能源。
由于供應給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應氫，給陰極板供應空氣，并及時把水蒸氣帶走，就可以不斷地提供電能。因為氫燃料電池不儲能，所以準確來說應該稱為“便攜式氫發電裝置”，只要密封完好，反應物不斷輸入，反應產物不斷排除，就可持續多年使用。
這么好的東東，為何還不能在 iPhone 上應用呢？
早在 20 世紀 60 年代，氫燃料電池就已經成功地應用于航天領域，而且現在在航天、交通、軍事、生產等諸多領域已經有了廣泛應用。隨著氫燃料電池技術的發展飛速，近年來我們看到氫燃料電池被運用到了汽車上，其中豐田汽車公司已推出氫燃料電池汽車 Toyota Mira，并計劃在今年下半年的新一代雷克薩斯 LS 旗艦轎車上裝備，到 2020 年時實現氫燃料電池汽車深度產業化。
雖然汽車讓氫燃料電池與我們消費者的生活拉近了距離，人們掌握多種先進的制氫技術也越來越多，但至少在數碼電子技產品中還是鮮有實際運用的例子，因為與傳統的鋰電池相比氫燃料電池還有不少缺陷需要跟進的地是方。
- 首先是氫氣的來源和成本問題。電解水可以得到氫氣，不過在這其中能量損失非常大，而且大量耗費電能，可以說當前以燒煤發電為主的電解水，在氫氣能變成燃料產生電能之前的成本就不低，所以非專業領域我們很少看到氫燃料的運用；再者，氫燃料電池發電的過程中使用到的催化劑“金屬鉑”稀缺，造成其成本比 24K 金更貴，想要大量制造氫燃料電池就必須有足夠的鉑，問題在于它不會更多，化石燃料早晚會消耗殆盡，規模化后成本會越來越高，最大的瓶頸在于此。
眾所周知，全球有數以億計的 iPhone 用戶，蘋果創造了單季度出貨將近 8000 萬部 iPhone 的奇跡，若所有的 iPhone 全都采用了 iPhone 電池，蘋果的生態產業鏈中務必需要一個龐大的氫燃料產業。這個產業與以往成熟的消費電子供應鏈不同，制造和環境成本對蘋果都是最大難題。
- 再到智能手機設計的層面上，現階段鋰離子電池本身存在局限性，不讓用戶體驗打折扣，只能犧牲外觀設計，增加全新厚度和重量。雖然這家英國公司開發的氫燃料電池，體積超薄，可以直接植入了蘋果手機的機身中，外觀并未改變。但之前蘋果也曾承認，要設計出用于便攜設備的氫氧燃料電池具有很大的挑戰性，因為需要同時考慮它的便攜性和成本。
換句話說，氫燃料電池的 iPhone 在設計上未知數太多了，并且保證一定續航時間的氫燃料電池體積可能較大，為什么這么說呢？因為氫燃料盒、控制器和安全保護等組件，整套電能轉化裝置的設計，最終可能會比目前的鋰電池占據更多的空間。另外，燃料盒是通過插槽直接更換，后續采用何種方式添加氫燃料都是問題。蘋果的確是申請了一些燃料電池上的設計專利，希望讓燃料電池與可充電電池協同工作，使燃料電池系統沒有必要集成龐大而很重的電池，從而明顯減小燃料電池系統的尺寸、重量和成本，不過專利離現實還有一段距離。
- 還有氫燃料電池的循環壽命不確定。有部分研究認為，氫燃料電池的使用壽命長達 10 年以上，但同時也有不同研究指出，其實氫燃料反應堆壽命較有限，轉換效率大多難以超過五成，循環壽命并不比鋰電高，對于更換手機周期較長的用戶，或許氫燃料電池很難滿足。此外，正常充電都能煩死人，加氫燃料要跑去哪里可以加呢？恐怕只有動員整個社會體系加以完善，才能做到到處都能加氫燃料或者換氫燃料電池。
- 最后是大家顧慮的安全問題會阻礙發展。我們很想知道，當使用氫燃料電池的 iPhone 發生碰撞或跌落時，是否會發生爆炸？有人說氫非常危險，帶著氫氣瓶就像帶個氫彈，歷史上也有多起爆炸事故與氫氣有關，所以氫適合做火箭燃料，而不是電池。實際上，其他燃料相比，氫氣是一種安全性比較高的氣體，而且氫氣無毒，氫的擴散系數比空氣大 3.8 倍，所以當泄露時會很快被稀釋成安全的混合氣體，降低影響范圍。盡管如此，它離我們的認知范圍和接受程度還有一定的距離，或許人們更愿意把氫燃料電池作為給 iPhone 充電的便攜式移動電源，但不是內置于機身中，同時氫燃料被批準在飛機上隨身攜帶暫時還是不可能的事情。
我們只要保持期待就好
一天一充已經是大多數用戶使用 iPhone 的常態，重度使用者甚至一天兩充三充，由于傳統鋰電池無更大的技術突破，下一代 iPhone 可能也不會有任何改變。不過，蘋果氫燃料電池專利的公布對于我們而言無疑算得上一個重磅消息，看了上述幾個障礙你可能認為現階段還很難應用于新 iPhone 當中，然而 Intelligent Energy 公司卻表達了不同的看法：
“對我們來說，這在以前是從來沒人做到過的。我們現在能夠將燃料電池做得非常薄，無需對現有可充電電池做出任何外形改變就能放到現有的手機中去。這項技術真正邁出了很大的一步，因為新技術就是要讓人們感覺真的好用。”Intelligent Energy 的 CEO Henri Winand 表示，“我們的計劃是，數年成型，不過真正左右其面世時間的是我們的合作伙伴何時打算這么做。”
換句話說，傳聞中與 Intelligent Energy 公司有合作的蘋果，或許已經解決了氫燃料電池 iPhone 設計的問題，剩下的只有供應鏈的部署和如何讓大家接受的工作。這可能是我們認為的最理想的進度了，但是接下來的事情誰又知道呢？總之，人類在進步，社會在發展，不到最后一步，一切都是未知。氫燃料電池技術還在初級階段，而能延長續航又清潔的電池技術總是那么吸引人，我們只要心底里都有那個美好的愿望就好，“老板，充燃料！”。
