مرة أخرى في بداية العام لدينا مستقبل الهواتف الذكية سلسلة نحن ناقش التكنولوجيا الكامنة وراء البطارية في الهواتف الذكية وما سيحدث في المستقبل. هذه المقالة هي تحديث سريع لهذه القطعة ، حيث تبحث في بعض التطورات الأخيرة في البطاريات بناءً على كيمياء الليثيوم - مثل تلك التي تشغل الغالبية العظمى من الهواتف الذكية.
سنلقي نظرة فاحصة على العوامل التي تقلل من عمر بطارية هاتفك بمرور الوقت ، ومدى السعة العالية أصبحت تقنيات مثل بطاريات الكبريت الليثيوم وأنودات الليثيوم المعدنية أقرب من أي وقت مضى عملي. انضم إلينا بعد الفاصل.
قراءة المزيد: أحدث الإنجازات في تقنية بطارية الهاتف
لماذا تقل سعة البطارية بمرور الوقت
رصيد الصورة: المركز المشترك لأبحاث تخزين الطاقة
تمكنت مجموعة بقيادة المركز المشترك لأبحاث تخزين الطاقة في الولايات المتحدة من جمع أدلة على العمليات التي أدت إلى تدهور بطاريات الليثيوم بمرور الوقت[1]. في مقالتي الأصلية ، ذكرت النمو الشجيري (المتفرعة مثل الشجرة) على أنودات الليثيوم المعدنية بمرور الوقت مما يقلل من سعة البطارية.
تقدم Verizon Pixel 4a مقابل 10 دولارات شهريًا فقط على خطوط جديدة غير محدودة
ترسب معدن الليثيوم على قطب Li-po بمرور الوقت
ائتمان: المركز المشترك لأبحاث تخزين الطاقة
طور الفريق طريقة جديدة باستخدام STEM (مسح المجهر الإلكتروني للإرسال - طريقة لـ تحليل الهياكل الصغيرة بشكل لا يصدق) لمراقبة هذه الرواسب في بطارية ليثيوم بوليمر زمن.
أنود بطارية الليثيوم هو ما يحدد السعة الإجمالية ، وهذه الزيادة تعطل مدى كفاءة القطب الموجب في تخزين أيونات الليثيوم وبالتالي تقليل سعة البطارية. لقد ثبت أيضًا أن هذه الزيادات الشجرية لمعدن الليثيوم يمكن أن تكون خطيرة وتسبب أعطالًا داخلية تؤدي إلى تضخم البطارية ، أو الأسوأ من ذلك ، انفجارها[2].
مع هذه القدرات الخارقة لمراقبة مثل هذه العمليات ، تمكن الفريق من تحديد العوامل التي تتحكم هذه الزيادة التي ستساعد الباحثين في هذا المجال على تحسين طول عمر وسلامة الليثيوم التجاري البطاريات.
تحسينات في ليثيوم الكبريت
رصيد الصورة: جامعة كاليفورنيا
كانت هناك زيادة كبيرة في عدد الأوراق المنشورة حول تقنية كبريت الليثيوم ، وكما أوضحنا سابقًا يُنظر إلى هذه التقنية على أنها التكرار التالي في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم ، لتحل محل بوليمر الليثيوم المعتمد على نطاق واسع الخلايا. إلى خلاصة:
يعتبر الليثيوم الكبريت بديلاً جذابًا للغاية للتقنيات الحالية حيث أنه سهل الإنتاج ، ولديه قدرة شحن أعلى. والأفضل من ذلك ، أنها لا تتطلب مذيبات شديدة التقلب والتي تقلل بشكل كبير من خطر نشوب حريق بسبب القصور والثقوب.
المزيد عن الليثيوم الكبريت وتقنيات البطاريات المستقبلية الأخرى
في الآونة الأخيرة ، قامت مجموعة من جامعة كاليفورنيا بحل إحدى المشكلات المتعلقة بكيمياء الليثيوم والكبريت ، ونشرت بحثًا عنها الشهر الماضي[3].
نظرًا لحل المشكلات المتعلقة بطول عمر بطاريات Li-S ، تتحرك التكنولوجيا أكثر نحو كونها حقيقة عملية.
أثناء التفاعلات الكيميائية التي تحدث في عمليات الشحن والتفريغ ، تتشكل سلاسل polysulfide. يجب أن تتدفق هذه السلاسل عبر المنحل بالكهرباء سليمة وهنا تكمن المشكلة ، يمكن أحيانًا أن يتحلل polysulfide في المحلول[4, 5] ويؤثر بشكل كبير على عمر البطارية.
طورت المجموعة طريقة لطلاء بولي كبريتيد هذه في كرات نانوية باستخدام طبقة رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون (بشكل أساسي الزجاج) ، والذي يبقي البولي كبريتيد بعيدًا عن المنحل بالكهرباء بينما يكون قادرًا على التحرك بسهولة من خلاله بين أقطاب كهربائية. مع حل مثل هذه المشكلات باستمرار من قبل العديد من مجموعات البحث التي تعمل بجد ، فإن مستقبل بطاريات الليثيوم-الكبريت في هواتفنا يقترب كل يوم.
أنودات الليثيوم المعدنية تؤتي ثمارها
رصيد الصورة: نظم الطاقة الصلبة
إذا كنت تتذكر من مقالة مستقبل البطارية ، فقد ذكرت كيف أن القدرة على استخدام معدن الليثيوم كقطب موجب هو "الكأس المقدسة" لمواد الأنود نظرًا للسعة الإضافية التي توفرها.
شركة SolidEnergy Systems Corp. تم استعراض بطارية الليثيوم "عديمة الأنود" ، والتي تحل محل الأنود العادي والجرافيت المركب بقطب موجب رفيع من معدن الليثيوم. يزعمون أنهم يضاعفون كثافة الطاقة مقارنةً بأنود الجرافيت و 50٪ مقارنةً بأنود السليكون المركب.
تدعي أحدث البطاريات "عديمة الأنود" أنها تضاعف كثافة الطاقة الموجودة في هاتفك الآن.
الصورة أعلاه التي نشرتها SolidEnergy تساعد في إظهار الانخفاض الكبير في الحجم ، على الرغم من أنني يجب أن أذكر أنها مضللة قليلاً. تم تصميم كل من بطاريات Xiaomi و Samsung لتكون قابلة للاستبدال ، لذلك سيكون لها بلاستيك إضافي قذيفة وإلكترونيات إضافية مثل دائرة الشحن أو حتى (في بعض بطاريات Samsung) NFC هوائي.
ومع ذلك ، بعد قولي هذا ، يمكنك رؤية الفرق الكبير في الحجم بين بطارية iPhone الداخلية 1.8 Ah و 2.0 Ah SolidEnergy بطارية تقرير بي بي سي الإخباري.
ماذا يعني كل ذلك
مع العديد من الهواتف الرائدة للشركات المصنعة - بما في ذلك Galaxy S6 من سامسونج و آيفون 6 من أبل - الدفع نحو تصاميم أرق ، أصبحت الحاجة إلى بطاريات أكثر كثافة أكبر. كما أن حشر المزيد من طاقة البطارية في منطقة أصغر يفتح أيضًا إمكانية الحصول على عدة أيام من الاستخدام من الهواتف ذات النمط "الفابلت" الأكبر حجمًا ، مع توفير المزيد من الطاقة لـ معالجات المستقبل المتعطشة للطاقة.
نحن نتطلع إلى مستقبل يكون فيه تجنب بطارية الهاتف الذكي الميتة أسهل من أي وقت مضى.
وعندما يتعلق الأمر ببطاريات الليثيوم-الكبريت ، فإن تقليل مخاطر نشوب حريق من قصر أو ثقب يجب أن تجعل أجهزتنا أكثر أمانًا في الاستخدام ، وأقل خطورة (وتكلفة) بالنسبة للمصنعين للنقل.
ادمج هذا مع التقدم الأخير نحو شحن أسرع و نمو الشحن اللاسلكي في السنوات الأخيرة ، ونحن نتطلع إلى مستقبل حيث سيكون من الأسهل من أي وقت مضى تجنب نفاد بطارية الهاتف الذكي.
إذن متى سنبدأ في رؤية هذه التقنيات الجديدة تصبح متاحة؟ تقدر SolidEnergy أن حلها "عديم الأنود" سيصل إلى السوق في عام 2016 ، ونحن نتطلع إلى جدول زمني مماثل لبطاريات Li-S أيضًا ، نظرًا للتطورات الأخيرة حول هذه التكنولوجيا. هذا لا يعني أنهم سيشحنون أجهزة محمولة فعلية في العام المقبل - ومع ذلك ، فإن الثورة في تكنولوجيا البطاريات التي كنا ننتظرها جميعًا لا يمكن أن تكون بعيدة.
المزيد من Futurology: اقرأ عن مستقبل تقنية الهواتف الذكية
المراجع
- ب. مهدي ، ج. تشيان ، إي. ناسيبولين ، سي. بارك ، د. ويلش ، ر. فالر ، هـ. ميهتا ، و دبليو هندرسون ، و. شو ، سي. وانغ ، جي إي إيفانز ، ج. ليو ، ج. تشانغ ، ك. مولر ، إن دي براوننج ، المراقبة والتقدير الكمي للعمليات النانوية في بطاريات الليثيوم بواسطة Operando Electrochemical (S) TEM ، رسائل نانو ، 2015. 15 (3): ص. 2168-2173.
- ج. تشنغ ، S.W. لي ، ز. ليانغ ، هـ. شخص عادي. يان ، هـ. ياو ، هـ. وانغ ، و. لي ، س. تشو و واي. Cui ، أغلفة نانوية كربونية مجوفة مترابطة لأنودات معدن الليثيوم مستقرة ، Nat Nano ، 2014. 9 (8): ص. 618-623.
- ب. كامبل ، ج. بيل ، هـ. خليج حسيني ، Z. تفضل ، ر. إيونيسكو ، سي إس أوزكان ، وم. Ozkan ، جزيئات الكبريت المطلية بـ SiO2 مع أكسيد الجرافين المختزل بشكل معتدل كمادة كاثودية لبطاريات الليثيوم الكبريت ، مقياس النانو ، 2015.
- ص. يانغ ، ج. تشنغ و واي. Cui ، كاثودات الكبريت ذات البنية النانوية ، مراجعات المجتمع الكيميائي ، 2013. 42 (7): ص. 3018-3032.
- دبليو. لي ، س. تشانغ ، ج. زينج ، Z.W. سيه ، هـ. ياو و واي. Cui ، فهم دور البوليمرات الموصلة المختلفة في تحسين أداء كاثود الكبريت ذو البنية النانوية ، رسائل النانو ، 2013. 13 (11): ص. 5534-5540.