Smartphone Futurology: العلم وراء بطارية هاتفك التالي

مرحبًا بكم في Smartphone Futurology. في هذه السلسلة الجديدة من المقالات المليئة بالعلوم ، الأمم المتنقلة يسير المساهم الضيف (والشخص الجيد الذي يجب معرفته) Shen Ye خلال التقنيات الحالية المستخدمة في هواتفنا ، بالإضافة إلى أحدث الأشياء التي لا تزال قيد التطوير في المختبر. هناك قدر كبير من العلم في المستقبل ، حيث أن الكثير من المناقشات المستقبلية تستند إلى العلم الأوراق التي تحتوي على قدر كبير من المصطلحات الفنية ، لكننا حاولنا إبقاء الأمور بسيطة وبسيطة مثل ممكن. لذلك إذا كنت تريد التعمق أكثر في كيفية عمل شجاعة هاتفك ، فهذه هي السلسلة المناسبة لك.

مع 2014 الآن ذاكرة باهتة ، وجيل جديد من الهواتف الرائدة في الأفق ، حان الوقت للتطلع إلى الأمام ورؤية ما قد نراه في الهواتف الذكية في المستقبل. نبدأ السلسلة بتقنيات البطاريات الحالية والمستقبلية ، جنبًا إلى جنب مع بعض النصائح لمساعدتك في تحسين عمر البطاريات في أجهزتك. يعد أداء البطارية - من حيث طول العمر والشحن - أحد مجالات تكنولوجيا الهاتف المحمول التي لا تزال موجودة هناك مجال كبير للتحسين ، وهناك ثروة من التقنيات المختلفة في التنمية تهدف إلى تحقيق ذلك فقط ذلك. تابع القراءة لمعرفة المزيد.

عن المؤلف

Shen Ye مطور Android وخريج ماجستير في الكيمياء من جامعة بريستول. قبض عليه على تويتر shen و Google+ + ShenYe.

مقدمة عن بطاريات الليثيوم

تتحسن تقنيات البطاريات القابلة لإعادة الشحن باستمرار لمواكبة الكم الهائل التطورات في أداء الأجهزة الإلكترونية المحمولة ، مما جعلها موضوع بحث مكثف في مجتمع العلوم. تستخدم الغالبية العظمى من البطاريات في الإلكترونيات المحمولة الكيمياء القائمة على الليثيوم ، وأكثرها شيوعًا هي ليثيوم أيون (Li-ion) وليثيوم بوليمر (Li-po). حلت بطاريات Li-ion محل استخدام بطاريات النيكل والكادميوم القابلة لإعادة الشحن (Ni-Cad) في أواخر القرن العشرين¹ بقدرات أعلى بشكل كبير وتخفيضات في الوزن. يتم إنتاج بطاريات Li-ion بشكل جماعي كخلايا زر أو أسطوانات معدنية طويلة (نفس الشكل وحجمها كبطارية AA) يتم تكديسها وإدخالها في حزم البطاريات مثل تلك الموجودة في جهازك هاتف. هذه التعبئة تعطي نسبة منخفضة بشكل غير فعال من البطارية إلى الحجم. تم إدخال بطاريات Li-po بعد بضع سنوات باستخدام نفس الكيمياء ، ولكن في هذه الحالة يتم استبدال المذيب السائل بـ مركب بوليمر صلب والبطارية نفسها مغلفة في تصفيح بلاستيكي بدلاً من غلاف معدني صلب ، مما يمنحها المزيد ثني.

تعمل معظم البطاريات القائمة على الليثيوم على عملية كيميائية حيث تتحرك أيونات الليثيوم (Li +) من الأنود (موجب قطب كهربائي) إلى الكاثود (القطب السالب) من خلال محلول إلكتروليت ، يطلق الكهرباء إلى دائرة كهربائية. (وبالتالي تشغيل هاتفك أو جهازك اللوحي.) أثناء الشحن ، تنعكس العملية ويتم امتصاص أيونات Li + بواسطة الأنود. يتم تحديد سعة البطارية بشكل أساسي من خلال عدد أيونات Li + التي يمكن أن يمتصها الأنود. تحتوي جميع بطاريات الليثيوم الحديثة للمستهلكين تقريبًا على أنودات مصنوعة من الجرافيت ، مع سطح منتظم للغاية لزيادة الامتصاص.

رسم تخطيطي يوضح كيفية تفريغ بطارية ليثيوم أيون وتشغيل هاتفك.

ومع ذلك ، تتحلل بطاريات الليثيوم بمرور الوقت ، ويتم تسريع هذه العملية في درجات حرارة أعلى ، خاصة بسبب زيادة درجة الحرارة المحيطة الناتجة عن الشحن. (ناهيك عن الواقع باستخدام جهازك ، والذي يولد أيضًا الحرارة.) إنه أحد الأسباب التي تجعل من المفيد استخدام مستوى منخفض شاحن التيار الكهربائي للشحن طوال الليل ، حيث يؤدي الشحن السريع إلى زيادة أكبر في البطارية درجة الحرارة.

تتحلل بطاريات الليثيوم بمرور الوقت ، ويتم تسريع هذه العملية في درجات حرارة أعلى.

تعود عملية التقادم هذه إلى التغييرات الكيميائية والهيكلية في الأقطاب الكهربائية ، أحدها أن حركة Li + أيونات يمكن أن تتلف بمرور الوقت سطح الأقطاب الكهربائية عالي الترتيب. بمرور الوقت ، يمكن أن تتبلور أملاح الليثيوم التي تشكل الإلكتروليت على الأقطاب الكهربائية ، مما قد يسد المسام ويمنع امتصاص أيونات الليثيوم. يشار إلى تدهور البطاريات عادة باسم "الكفاءة الكولومبية" ، واصفا النسبة من عدد الإلكترونات المستخرجة من القطب الموجب إلى عدد الإلكترونات التي يمكن إدخالها فيه الشحن. عادةً ما تحتاج البطارية إلى كفاءة كولومبية تزيد عن 99.9٪ حتى تكون قابلة للتطبيق تجاريًا.

يتمثل أحد الشواغل الرئيسية لبطاريات Li-ion و Li-po في خطر نشوب حريق في حالة زيادة الحمولة أو ارتفاع درجة الحرارة أو قصر أو ثقب. تم تصميم دوائر الشحن في الأجهزة المحمولة لمنع التأثيرات الثلاثة الأولى ، ولكن إذا فشلت ، فقد يكون ذلك خطيرًا للغاية² لأنه يمكن أن يسبب تراكم الحرارة الذي يبدأ في نهاية المطاف في الهروب الحراري. (فكر في "boom!") الثقوب نادرة لأن البطاريات تميل إلى أن تكون معبأة داخل الأجهزة التي تشغلها ، ولكنها أيضًا تشكل خطرًا محتملاً³. عامل يتم تجاهله في بعض الأحيان هو التهوية. التهوية مطلوبة للمساعدة في تبديد الحرارة التي تولدها البطارية ، ويمكنها أيضًا منع تراكم المذيبات القابلة للاشتعال في حالة حدوث تسرب ، مما يقلل من خطر حدوث انفجار.

التحسينات المستقبلية

ما التالي بالنسبة لبطاريات الليثيوم؟ سعات أعلى وعمر أطول وأمان محسّن وشحن أسرع.

أهم ثلاثة تحسينات يسعى الباحثون وراءها هي كثافة طاقة أعلى وعمر أطول وأمان أفضل ومعدلات شحن أسرع. باستخدام تقنية Li-po الحالية ، يؤدي تحسين مادة الأنود إلى زيادة قدرة البطارية وطول عمرها ، ومعدلات امتصاص أعلى تحسين سرعات الشحن ، وزيادة عدد مواقع أيونات الليثيوم تزيد السعة ، ويمكن لمواد الأنود الأكثر مرونة أن تطيل عمر البطارية فترة الحياة. تشمل المجالات الأخرى التي يتم البحث فيها الإلكتروليت بين الأقطاب الكهربائية وخفض تكاليف الإنتاج للمكونات الفردية.

مكونات غير قابلة للاشتعال

رصيد الصورة: NTSB

يبحث العلماء بنشاط عن طرق لجعل بطاريات الليثيوم أكثر أمانًا. من أحدث الحوادث التي حظيت بالكثير من الدعاية حريق أدى إلى إيقاف تشغيل طائرة بوينج 787 التي تبين أنها ناجمة عن بطارية ليثيوم بوليمر في الطائرة. في وقت سابق من هذا العام ، أعلنت جامعة نورث كارولينا أنها اكتشفت بديلاً لـ المذيبات العضوية شديدة الاشتعال التي يشيع استخدامها في بطاريات الليثيوم ، وتسمى بيرفورو بولي إيثر (PFPE)⁴. كانت زيوت PFPE مادة تشحيم صناعية مستخدمة على نطاق واسع ولكن المجموعة وجدت أن أملاح الليثيوم يمكن أن تذوب فيها. تعتقد المجموعة أن PFPE قد يذيب بالفعل أملاح الليثيوم بشكل أفضل من بعض الأملاح المستخدمة حاليًا المذيبات ، مما يقلل من تأثير التبلور على الأقطاب الكهربائية ويطيل عمر البطارية الحياة. لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من الاختبارات والتخطيط قبل الوصول إلى الإنتاج الضخم ، لكن توقع بطاريات الليثيوم غير القابلة للاشتعال قريبًا جدًا.

يبحث العلماء بنشاط في طرق لجعل بطاريات الليثيوم أكثر أمانًا.

يمكن أن يكون الشحن الأسرع بشكل كبير على بعد عامين فقط.

طورت مجموعة بحثية تعمل أيضًا على الأنودات في جامعة Nangyang التكنولوجية بطارية Li-ion يمكن شحنها بنسبة 70٪ في دقيقتين فقط ، وقادرة على تحمل أكثر من 10000 دورة. هذا أمر جذاب للغاية لكل من صناعات المركبات المتنقلة والإلكترونية. بدلاً من استخدام أنود الجرافيت ، فإنه يستخدم هلام من الأنابيب النانوية لثاني أكسيد التيتانيوم المصنوعة من التيتانيا. تيتانيا عبارة عن مركب طبيعي من التيتانيوم ، وهو مادة رخيصة جدًا تستخدم كعنصر نشط رئيسي في واقي الشمس⁵ ويمكن العثور عليه أيضًا في مجموعة متنوعة من الأصباغ ، وقد تجده أيضًا في الحليب منزوع الدسم لأنه يعزز البياض⁶. تم اختبار ثاني أكسيد التيتانيوم كمواد أنود في الماضي ، ولكن استخدام هلام من الأنابيب النانوية يزيد بشكل كبير من مساحة السطح بحيث يمكن للأنود امتصاص أيونات Li + بشكل أسرع. لاحظت المجموعة أيضًا أن ثاني أكسيد التيتانيوم كان قادرًا على امتصاص المزيد من أيونات Li + وكان أقل عرضة للتحلل من الجرافيت. من السهل نسبيًا صنع أنابيب التيتانيوم النانوية ؛ يتم خلط التيتانيا مع الغسول وتسخينها وغسلها بحمض مخفف وتسخينها لمدة 15 ساعة أخرى⁷. حصلت المجموعة على براءة اختراع للاكتشاف ، لذا توقع أن ترى الجيل الأول من بطاريات الليثيوم سريعة الشحن الخاصة بهم تصل إلى السوق في العامين المقبلين.

في غضون ذلك ، تعمل شركات مثل Qualcomm على زيادة سرعات الشحن في بطاريات Li-ion الحالية بجهود مثل QuickCharge ، باستخدام شرائح الاتصال التي تتيح لهم زيادة شحنة الإدخال دون الإضرار بالدائرة الداخلية أو ارتفاع درجة الحرارة البطارية. يمكن العثور على Qualcomm QuickCharge في هواتف Android الحالية مثل HTC One M8, نيكزس 6 و جالكسي نوت 4.

أنودات الليثيوم

رصيد الصورة: جامعة ستانفورد

نشرت مجموعة في ستانفورد ورقة بحثية مؤخرًا⁸ حيث اكتشفوا طبقة رقيقة من الغلاف الجوي النانوي الكربوني ، كان قادراً على السماح باستخدام معدن الليثيوم كأنود. هذا هو "الكأس المقدسة" للأنودات حيث أن أنود معدن الليثيوم لديه ما يقرب من 10 أضعاف السعة المحددة لأنودات الجرافيت الحديثة. وصلت كفاءة أنودات الليثيوم السابقة إلى 96٪ فقط ولكنها انخفضت إلى 50٪ خلال 100 دورة شحن وتفريغ ، مما يعني أنها ليست جيدة للاستخدام في تكنولوجيا الهاتف المحمول. لكن فريق ستانفورد تمكن من تحقيق 99٪ بعد 150 دورة.

يوجد لدى أنودات الليثيوم بعض المشكلات بما في ذلك الميل إلى تكوين زيادات متفرعة بعد عدة دورات شحن وتفريغ ؛ ما الذي يمكن أن تنفجر أكثر عند ملامستها للإلكتروليت. طبقة الكربون قادرة على التغلب على هاتين المشكلتين. في حين أن المجموعة لم تصل إلى الهدف 99.9٪ من الكفاءة الكولومبية ، إلا أنهم يعتقدون أن بضع سنوات أخرى من البحث في تطوير إلكتروليت جديد والتحسينات الهندسية الإضافية ستدفع بطاريتهم إلى الكتلة سوق. الورقة قراءة ممتعة مع الرسوم التوضيحية إذا كان بإمكانك الوصول إليها.

بطاريات الليثيوم المرنة

بالإضافة إلى البطاريات ، أصبحت شاشات العرض مرنة أيضًا. مصدر الصورة: LG

بطاريات الليثيوم الحالية ليست مرنة على الإطلاق ، ومحاولة ثنيها يمكن أن يسبب تغييرات هيكلية غير مواتية على الأنود ويقلل من سعة البطارية بشكل دائم. ستكون البطاريات المرنة مثالية للأجهزة القابلة للارتداء والأجهزة المرنة الأخرى ، ومن الأمثلة على ذلك القدرة للحصول على عمر أطول للبطارية في ساعتك الذكية لأن الحزام المصنوع من الجلد به جزء خارجي مدمج البطارية. عرضت LG مؤخرًا شاشة OLED يمكن طيها ، حيث كانت كل من الشاشة والدوائر مرنة والمكون القابل للانحناء المفقود هو البطارية. عرضت LG بطارية منحنية "قابلة للانحناء" لها جي فليكس الهاتف ، مع تكديس الخلايا لمنع التشوه ؛ هذا هو أقرب ما توصلنا إليه من بطارية "مرنة" في هاتف ذكي شائع حتى الآن.

في وقت سابق من هذا العام ، أعلنت شركة في تايوان تسمى ProLogium وبدأت في إنتاج بطارية ليثيوم بوليمر سيراميك مرنة. البطارية نفسها رقيقة للغاية ومثالية للتضمين في الملابس القابلة للارتداء ولها ميزة على Li-po العادي وهي أنها آمن للغاية. يمكنك قصها وثقبها واختصارها ولن تدخن أو تشتعل فيها النيران. الجانب السلبي هو أن الإنتاج مكلف بسبب العمليات المتضمنة في التصنيع وأن سعة التخزين سيئة للغاية عندما تكون ضعيفة. من المحتمل أن تجده داخل الأجهزة المتخصصة جدًا - وربما بعض ملحقات البطارية منخفضة المستوى - في عام 2015.

مجموعة في مختبر شنيانغ الوطني الصيني⁹ تم إحراز تقدم في تطوير بدائل مرنة لكل مكون في بطارية Li-po ، ولكن لا يزال هناك قدر هائل من البحث والتطوير يجب القيام به قبل توفرها تجاريًا. ستكون ميزتها على بطارية ليثيوم بوليمر السيراميك هي انخفاض تكلفة الإنتاج ، ولكن يجب أن تكون التكنولوجيا قابلة للتحويل إلى تقنيات بطاريات الليثيوم الأخرى ، مثل الليثيوم الكبريت.

كبريت الليثيوم

بالابتعاد عن Li-ion و Li-po ، هناك خليتان واعدتان من الليثيوم ، وهما الليثيوم الكبريت (Li-S) والليثيوم الهواء (Li-air). يستخدم Li-S كيمياء مشابهة لـ Li-ion باستثناء العملية الكيميائية التي تتضمن تفاعل إلكترونين بين أيونات Li + والكبريت. يعتبر Li-S بديلاً جذابًا للغاية للتقنيات الحالية حيث أنه سهل الإنتاج ، ولديه قدرة شحن أعلى. والأفضل من ذلك ، أنها لا تتطلب مذيبات شديدة التقلب مما يقلل بشكل كبير من مخاطر نشوب حريق التقصير و ثقوب. خلايا Li-S في الواقع على وشك الإنتاج ويتم اختبارها يتطلب تفريغه غير الخطي واستجابته للشحن دائرة شحن جديدة تمامًا لمنع التفريغ السريع.

ليثيوم هواء

يمكن لبطاريات الليثيوم-الهواء القوية قيادة السيارات الكهربائية ، لكن التكنولوجيا لا تزال في مهدها.

في بطاريات Li-air ، يكون الكاثود في الخلية هو الهواء ، أو بشكل أكثر تحديدًا الأكسجين الموجود في الهواء. على غرار بطاريات Li-S ، تتضمن كيمياء Li-air أيضًا تفاعل إلكترونين ، ولكن بين الليثيوم والأكسجين. أثناء عملية الشحن ، تنتقل أيونات Li + إلى القطب الموجب وتطلق البطارية الأكسجين من الكاثود المسامي. تم اقتراحه لأول مرة في السبعينيات لاستخدامه في السيارات الكهربائية.

يمكن أن تتمتع بطاريات Li-air نظريًا بكثافة طاقة أعلى من البنزين¹⁰; على سبيل المقارنة HTC One M8 يمكن لبطارية 2600 مللي أمبير تخزين نفس كمية الطاقة التي يتم إطلاقها عند الاحتراق غرام واحد من البنزين. على الرغم من التمويل المكثف لبطاريات Li-air ، إلا أن هناك تحديات خطيرة لم يتم حلها بعد ، على وجه الخصوص الحاجة إلى إلكترودات وإلكتروليتات جديدة ، حيث أن كفاءة الكولومبية الحالية سيئة للغاية بعد حفنة من دورات. قد لا يكون ذلك ممكنًا أبدًا في الهواتف الذكية نظرًا للحاجة إلى تهوية مستمرة ، ولكن يرى الكثيرون أنه "الكأس المقدسة في سوق السيارات الكهربائية" على الرغم من مرور أكثر من عقد قبل أن تجدها في سيارتك الكهربائية سيارة.

المغنيسيوم أيون

الابتعاد عن الليثيوم تمامًا ، يتم أيضًا إجراء أبحاث مكثفة على بطاريات أيون المغنيسيوم (Mg-ion). أيونات المغنيسيوم قادرة على حمل شحنة مضاعفة مقارنة بأيونات الليثيوم. أخبر فريق تايواني يبحث عن بطاريات Mg-ion مؤخرًا EnergyTrend أن Mg-ion تتمتع بقدرة أعلى من 8 إلى 12 مرة مقارنة بـ Li-ion مع دورات شحن وتفريغ أكثر كفاءة بخمس مرات. لقد ذكروا مثالًا حيث تستغرق دراجة كهربائية نموذجية بها Li-po 3 ساعات لشحنها ، بينما تستغرق بطارية المغنيسيوم بنفس السعة 36 دقيقة فقط. وذكر أيضًا أنهم تمكنوا من تحسين استقرار البطارية عن طريق صنع الأقطاب الكهربائية من أغشية المغنيسيوم ومسحوق المغنيسيوم. سوف تمر بضع سنوات قبل استخدام بطاريات المغنيسيوم تجاريًا لكنها بالتأكيد أقرب من بعض البطاريات الأخرى المرشحة.

بطاريات هاليد أيون

تتضمن بطاريات أيونات الهاليد (التي تركز بشكل أساسي على الكلوريد والفلورايد) أيضًا نقل الأيونات ، باستثناء هذه الأيونات مشحونة سالبًا على عكس أيونات المعادن الموجبة المذكورة أعلاه. هذا يعني عكس اتجاه الشحن والتفريغ. في عام 2011¹¹، أشعل اقتراح بطاريات الفلوريد أيون البحث في جميع أنحاء العالم. الفلور هو أحد أصغر العناصر على المستوى الذري ، لذلك من الناحية النظرية يمكنك تخزين الكثير منه في كاثود مقارنة بالعناصر الأكبر وتحقيق سعة عالية بشكل غير عادي. هناك العديد من التحديات التي يتعين على الباحثين حلها قبل أن تصبح قابلة للحياة ، نظرًا لكون الفلور شديد التفاعل وقدرته على سحب الإلكترون من أي شيء تقريبًا. سيستغرق تطوير الأنظمة الكيميائية المناسبة وقتًا.

تعاون بين معهد كارلسروه للتكنولوجيا في ألمانيا وجامعة نانجينغ توصلت التكنولوجيا في الصين إلى دليل على مفهوم نوع جديد من البطاريات القابلة لإعادة الشحن تعتمد على الكلوريد الأيونات¹². بدلاً من نقل أيونات المعادن الموجبة ، تستخدم هذه البطارية أيونات غير معدنية سالبة الشحنة. الكلور أقل تفاعلًا مقارنة بالفلور ولكن له مشكلات مماثلة حيث يجب العثور على نظام كيميائي وصقلها قبل أن تصبح قابلة للتطبيق ، لذلك لا تتوقع أن تجد هذه البطاريات في هاتفك الذكي لمدة عقد.

المكثفات الفائقة

المكثف مشابه للبطارية ، من حيث أنه مكون ذو طرفين يخزن الطاقة ، لكن الاختلاف هو أن المكثف يمكنه الشحن والتفريغ بسرعة كبيرة. تستخدم المكثفات بشكل عام في عمليات التفريغ السريع للكهرباء ، مثل فلاش الزينون الموجود في الكاميرا. لا يمكن للعمليات الكيميائية البطيئة نسبيًا في بطارية Li-po العامة التفريغ في أي مكان بالقرب من نفس السرعات. كما أنها تعمل على مبادئ مختلفة تمامًا ، حيث يتم شحن البطاريات عن طريق زيادة طاقة مادة كيميائية يقوم النظام والمكثفات ببناء شحنات منفصلة على لوحين معدنيين مع وجود مادة عازلة بينهما. يمكنك حتى بناء مكثف بقطعة من الورق بين ورقتين من الرقائق ، لكن لا تتوقع شحن أي شيء به!

عند شحن مكثف ، يتسبب التيار في تراكم الإلكترونات على اللوحة السالبة ، مما يؤدي إلى صد الإلكترونات بعيدًا عن اللوحة الموجبة حتى يكون فرق الجهد هو نفسه الجهد مثل إدخال. (تُعرف سعة المكثف بالسعة.) يمكن أن يكون تفريغ المكثف سريعًا بشكل لا يمكن تصوره. تشبيه الطبيعة للمكثف هو البرق ، حيث يكون لديك تراكم شحنة بين قاع السحابة والأرض (مثل اللوحين المعدنيين) وبينهما يكمن موصل سيئ ، الهواء. تمتلك السحب سعة كبيرة وستتراكم الطاقة الكامنة حتى ملايين الفولتات يصل إلى النقطة التي لم يعد فيها الهواء عازلًا مناسبًا وينقل الطاقة من السحابة إلى أرض.

بالنظر إلى المستقبل ، يمكن أن تسمح المكثفات الفائقة في يوم من الأيام لشحن هاتفك في ثوانٍ.

تكمن مشكلة المكثفات في عدم تمكنها عمومًا من تخزين نفس القدر من الطاقة في نفس المساحة التي يمكن لبطارية الليثيوم تخزينها ، ولكن التفكير في القدرة على شحن هاتفك في ثوانٍ بدلاً من ساعات هي الفكرة التي دفعت البحث إليها المكثفات الفائقة. تختلف المكثفات الفائقة (تسمى أيضًا المكثفات الفائقة) عن المكثفات العادية لأنها تتمتع بسعة أكبر بكثير من خلال تجنب العازل الصلب التقليدي والاعتماد على الأنظمة الكيميائية.

يتم إجراء قدر كبير من الأبحاث في دمج الأنابيب النانوية الكربونية والجرافين (الجرافين الملفوف في أنبوب) في المكونات. تقوم جامعة تسينغهوا بتجربة الأنابيب النانوية الكربونية لتحسين توصيل السوائل النانوية لاستخدامها كإلكتروليتات في المكثفات الفائقة.¹³. تبحث جامعة تكساس في عمليات الإنتاج الضخم لجعل الجرافين مناسبًا للمكثفات الفائقة¹⁴. تبحث جامعة سنغافورة الوطنية عن استخدام مركبات الجرافين كأقطاب كهربائية فائقة المكثف¹⁵. تتميز الأنابيب النانوية الكربونية بخاصية غير عادية حيث يمكن أن يحدد اتجاه التركيب الذري ما إذا كان الأنبوب النانوي موصلًا أم شبه موصل أم عازل أم لا. للاستخدام في المختبر ، لا يزال كل من الأنابيب النانوية الكربونية والجرافين باهظ الثمن ، 140 جنيهًا إسترلينيًا (218 دولارًا) مقابل 1 سم² ورقة من الجرافين وأكثر من 600 جنيه إسترليني (934 دولارًا) للجرام الواحد أنابيب الكربون النانوية بسبب صعوبة تصنيعها.

لا تزال المكثفات الفائقة بعيدة عن الاستخدام التجاري. كانت هناك مظاهرات منها تستخدم في الهواتف الذكية ولكن هذه الأجهزة كانت ضخمة. تحتاج التكنولوجيا إلى تقليص الحجم وأن تصبح أرخص للإنتاج قبل أن تكون جاهزة للدخول في السوق. بصرف النظر عن ذلك ، فإن كثافة الطاقة العالية للمكثف الفائق المشحون تجلب إمكانية التفريغ السريع مما يشكل خطر حريق خطير عند استخدامه في الأجهزة.

نصائح لتحسين عمر بطارية الليثيوم

• بطاريات الليثيوم لا تتطلب تكييف. حيث يتعين عليك شحن البطارية لمدة 24 ساعة عند الشحن الأول.
• لن يؤدي ترك هاتفك على الشاحن بعد شحنه إلى زيادة الشحن ، إلا في حالات نادرة جدًا حيث تعطل دائرة الشحن. لا ينصح بترك البطارية بنسبة 100٪ لفترات طويلة.
• استخدم الشحن السريع باعتدال قدر الإمكان ، ارتفاع درجات الحرارة يسرع التدهور.
• تجنب الشحن في درجات حرارة أقل من درجة التجمد نظرًا لأن الشحن تحت التجمد يمكن أن يتسبب في طلاء كهربائي لا رجعة فيه لليثيوم المعدني على الأنود¹⁶.
• تجنب التفريغ إلى 0٪ ، إنه مضر بعمر البطارية.
• قم بتخزين بطاريات الليثيوم بنسبة 40-50٪ تقريبًا لتقليل التدهور ، افصلهم أيضًا عن الجهاز إن أمكن.

الخط السفلي

المرشح الأكثر ترجيحًا للجيل التالي في عمر بطارية الهواتف الذكية هو كبريت الليثيوم. يكاد يكون جاهزًا للإنتاج الضخم ، وقد أظهر نتائج واعدة في كل من قدرته وتحسينات السلامة في حين أنه رخيص نسبيًا في التصنيع بمجرد أن تصبح أنودات الليثيوم جاهزة للإنتاج الضخم بتكلفة منخفضة بما يكفي ، فإنها ستؤدي إلى قفزة في عمر البطارية أي تيار يمكن ارتداؤها تحتاج دون أن تكون كبيرة بشكل غير سارة. سوف يمر أكثر من عقد قبل أن ترى المكثفات الفائقة في الهواتف والأجهزة اللوحية الخاصة بك - ولكن لا تقلق ، ثاني أكسيد التيتانيوم ستساعد الأنابيب النانوية قريبًا أوقات الشحن (إذا كان بإمكان الشركة المصنعة للجهاز تحمل تكلفة إضافية على الجرافيت العادي المتغيرات).

ومع ذلك ، فإن هذه التقنيات تتقدم ، هناك شيء واحد مؤكد - نظرًا للوقت ، يجب أن تصبح المخاوف الحالية المحيطة بعمر بطارية الهاتف الذكي وسعتها وسرعات الشحن شيئًا من الماضي.

المراجع

حان الوقت لقطع الحبل السري!

هذه هي أفضل سماعات أذن لاسلكية يمكنك شراؤها بكل سعر!

أفضل سماعات الأذن اللاسلكية مريحة ، وذات صوت رائع ، ولا تكلف الكثير ، ويمكن وضعها بسهولة في الجيب.

الجيل القادم

كل ما تحتاج لمعرفته حول PS5: تاريخ الإصدار والسعر والمزيد.

أكدت شركة Sony رسميًا أنها تعمل على PlayStation 5. إليك كل ما نعرفه عنها حتى الآن.

نوكياس الجديدة

أطلقت نوكيا هاتفين جديدين يعملان بنظام Android One بسعر أقل من 200 دولار.

يعد Nokia 2.4 و Nokia 3.4 أحدث الإضافات إلى مجموعة الهواتف الذكية ذات الميزانية المحدودة من HMD Global. نظرًا لأن كلاهما يعمل بنظام Android One ، فمن المضمون تلقيهما تحديثين رئيسيين لنظام التشغيل وتحديثات أمنية منتظمة لمدة تصل إلى ثلاث سنوات.

دينغ دونغ - الأبواب مغلقة

قم بتأمين منزلك باستخدام أجراس وأقفال أبواب SmartThings هذه.

أحد أفضل الأشياء في SmartThings هو أنه يمكنك استخدام عدد كبير من أجهزة الطرف الثالث الأخرى على نظامك ، بما في ذلك أجراس الباب والأقفال. نظرًا لأنهم جميعًا يشتركون بشكل أساسي في نفس دعم SmartThings ، فقد ركزنا على الأجهزة التي تتمتع بأفضل المواصفات والحيل لتبرير إضافتها إلى ترسانة SmartThings الخاصة بك.