Καλώς ορίσατε στο Smartphone Futurology. Σε αυτή τη νέα σειρά άρθρων γεμάτων επιστήμη, Κινητά έθνη συνεισφέρων επισκεπτών (και ο καλός τύπος που γνωρίζουμε) Ο Shen Ye ακολουθεί τις τρέχουσες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στα τηλέφωνά μας, καθώς και τα πρωτοποριακά πράγματα που εξακολουθούν να αναπτύσσονται στο εργαστήριο. Υπάρχει αρκετή επιστήμη μπροστά, καθώς πολλές από τις μελλοντικές συζητήσεις βασίζονται σε επιστημονικές έγγραφα με τεράστια τεχνική ορολογία, αλλά προσπαθήσαμε να διατηρήσουμε τα πράγματα τόσο απλά και απλά δυνατόν. Επομένως, εάν θέλετε να εμβαθύνετε πιο βαθιά στο πώς λειτουργούν τα κότσια του τηλεφώνου σας, αυτή είναι η σειρά για εσάς.
Με το 2014 μια εξασθενημένη μνήμη και μια νέα γενιά φορητών ακουστικών στον ορίζοντα, ήρθε η ώρα να κοιτάξουμε μπροστά και να δούμε τι θα μπορούσαμε να δούμε στα smartphone του μέλλοντος. Ξεκινάμε τη σειρά με τρέχουσες και μελλοντικές τεχνολογίες μπαταριών, μαζί με μερικές συμβουλές για να σας βοηθήσουμε να βελτιώσετε τη διάρκεια ζωής των μπαταριών στις συσκευές σας. Η απόδοση της μπαταρίας - τόσο για τη μακροζωία όσο και για τη φόρτιση - είναι ένας από τους τομείς της τεχνολογίας για κινητά στους οποίους υπάρχει ακόμα άφθονο περιθώριο βελτίωσης και υπάρχει πληθώρα διαφορετικών τεχνολογιών στην ανάπτυξη που στοχεύουν να κάνουν ακριβώς ότι. Διαβάστε παρακάτω για να μάθετε περισσότερα.
Η Verizon προσφέρει το Pixel 4a με μόλις $ 10 / μήνα σε νέες Απεριόριστες γραμμές
Σχετικά με τον Συγγραφέα
Το Shen Ye είναι προγραμματιστής Android και πτυχιούχος MSci στη Χημεία από το Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ. Πιάσε τον στο Twitter @ shen και Google+ Σεν.
Εισαγωγή στις μπαταρίες λιθίου
Οι τεχνολογίες επαναφορτιζόμενης μπαταρίας βελτιώνονται συνεχώς για να συμβαδίζουν με το τεράστιο εξελίξεις στην απόδοση των φορητών ηλεκτρονικών, καθιστώντας το ένα θέμα με μεγάλη έρευνα στο επιστημονική κοινότητα. Η συντριπτική πλειονότητα των μπαταριών σε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές χρησιμοποιεί χημεία με βάση το λίθιο, η πιο συνηθισμένη είναι το ιόν λιθίου (ιόντων λιθίου) και το πολυμερές λιθίου (Li-po). Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αντικατέστησαν τη χρήση επαναφορτιζόμενων μπαταριών νικελίου-καδμίου (Ni-Cad) στα τέλη του 20ού αιώνα1 με δραστικά υψηλότερη χωρητικότητα και μείωση του βάρους. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου γενικά παράγονται μαζικά ως κυψέλες κουμπιών ή ως μεγάλοι μεταλλικοί κύλινδροι (παρόμοιο σχήμα και μέγεθος ως μπαταρία AA) οι οποίες στοιβάζονται και εισάγονται σε πακέτα μπαταριών, όπως αυτή στη δική σας τηλέφωνο. Αυτή η συσκευασία δίνει, ωστόσο, μια αναποτελεσματικά χαμηλή αναλογία μπαταρίας προς όγκο. Οι μπαταρίες Li-po εισήχθησαν λίγα χρόνια αργότερα χρησιμοποιώντας την ίδια χημεία, αλλά σε αυτήν την περίπτωση ο υγρός διαλύτης αντικαθίσταται με ένα συμπαγές πολυμερές σύνθετο και η ίδια η μπαταρία είναι εγκλωβισμένη σε πλαστική πλαστικοποίηση αντί για άκαμπτο μεταλλικό περίβλημα, δίνοντάς της λίγο περισσότερο καλώδιο.
Οι περισσότερες μπαταρίες με βάση το λίθιο λειτουργούν σε μια χημική διαδικασία όπου τα ιόντα λιθίου (Li +) κινούνται από την άνοδο (θετικό ηλεκτρόδιο) στην κάθοδο (αρνητικό ηλεκτρόδιο) μέσω διαλύματος ηλεκτρολύτη, απελευθερώνοντας ηλεκτρισμό στο κύκλωμα. (Και έτσι τροφοδοτείτε το τηλέφωνο ή το tablet σας.) Κατά τη φόρτιση, η διαδικασία αντιστρέφεται και τα ιόντα Li + απορροφώνται από την άνοδο. Η χωρητικότητα μιας μπαταρίας εξαρτάται ουσιαστικά από τον αριθμό ιόντων Li + που μπορεί να απορροφήσει η άνοδος. Σχεδόν όλες οι σύγχρονες μπαταρίες λιθίου ποιότητας καταναλωτή έχουν ανόδους κατασκευασμένες από γραφίτη, με πολύ κανονική επιφάνεια για μεγιστοποίηση της απορρόφησης.
Σχηματικό που δείχνει πώς μια μπαταρία ιόντων λιθίου αποφορτίζει, τροφοδοτώντας το τηλέφωνό σας.
Ωστόσο, οι μπαταρίες λιθίου υποβαθμίζονται με την πάροδο του χρόνου και αυτή η διαδικασία επιταχύνεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες, ειδικά λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας περιβάλλοντος που προκαλείται από τη φόρτιση. (Για να μην αναφέρουμε πραγματικά χρησιμοποιώντας τη συσκευή σας, η οποία παράγει επίσης θερμότητα.) Είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους είναι χρήσιμο να χρησιμοποιείτε χαμηλό φορτιστής ρεύματος για φόρτιση κατά τη διάρκεια της νύχτας, καθώς η ταχύτερη φόρτιση προκαλεί μεγαλύτερη αύξηση της μπαταρίας θερμοκρασία.
Οι μπαταρίες λιθίου υποβαθμίζονται με την πάροδο του χρόνου και αυτή η διαδικασία επιταχύνεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες.
Αυτή η διαδικασία γήρανσης οφείλεται σε χημικές και δομικές αλλαγές στα ηλεκτρόδια, ένα από τα οποία είναι η κίνηση των ιόντων Li + μπορεί με την πάροδο του χρόνου να προκαλέσει βλάβη στην υψηλή τάξη επιφάνεια των ηλεκτροδίων. Με την πάροδο του χρόνου τα άλατα λιθίου που απαρτίζουν τον ηλεκτρολύτη μπορούν να κρυσταλλωθούν στα ηλεκτρόδια, τα οποία μπορούν να φράξουν τους πόρους και να αποτρέψουν την πρόσληψη ιόντων Li +. Η υποβάθμιση των συσσωρευτών αναφέρεται συνήθως ως η «κολομβική απόδοση», περιγράφοντας την αναλογία του αριθμού των ηλεκτρονίων που εξάγονται από την άνοδο στον αριθμό των ηλεκτρονίων που μπορούν να εισαχθούν κατά τη διάρκεια φόρτιση. Συνήθως, μια μπαταρία πρέπει να έχει μια κολομβική απόδοση άνω του 99,9% για να είναι εμπορικά βιώσιμη.
Μια σημαντική ανησυχία για τις μπαταρίες Li-ion και Li-po είναι ο κίνδυνος πυρκαγιάς εάν υπερφορτώνουν, υπερθερμαίνονται, βραχυκυκλώνουν ή τρυπούν. Τα κυκλώματα φόρτισης σε φορητές συσκευές έχουν σχεδιαστεί για να αποτρέπουν τα πρώτα τρία εφέ, αλλά εάν αποτύχουν μπορεί να είναι εξαιρετικά επικίνδυνο2 καθώς μπορεί να προκαλέσει συσσώρευση θερμότητας που τελικά ξεκινά μια θερμική διαφυγή. (Σκεφτείτε "έκρηξη!") Οι τρύπες είναι σπάνιες καθώς οι μπαταρίες τείνουν να συσκευάζονται μέσα στις συσκευές που τροφοδοτούν, αλλά είναι επίσης πιθανός κίνδυνος3. Ένας παράγοντας που μερικές φορές παραβλέπεται είναι ο εξαερισμός. Απαιτείται εξαερισμός για να βοηθήσει στην εξάλειψη της θερμότητας που παράγεται από την μπαταρία και μπορεί επίσης να αποτρέψει τη συσσώρευση εύφλεκτων διαλυτών σε περίπτωση διαρροής, μειώνοντας τον κίνδυνο έκρηξης.
Μελλοντικές βελτιώσεις
Τι ακολουθεί για τις μπαταρίες λιθίου; Υψηλότερη χωρητικότητα, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, βελτιωμένη ασφάλεια και ταχύτερη φόρτιση.
Οι τρεις κορυφαίες βελτιώσεις που αναζητούν οι ερευνητές είναι η υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, η μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, η καλύτερη ασφάλεια και ταχύτερα ποσοστά φόρτισης. Με την τρέχουσα τεχνολογία Li-po, η βελτίωση του υλικού ανόδου αυξάνει τόσο τη χωρητικότητα όσο και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, υψηλότερα ποσοστά απορρόφησης βελτίωση των ταχυτήτων φόρτισης, μεγαλύτερος αριθμός θέσεων ιόντων λιθίου αύξηση της χωρητικότητας και ένα πιο ανθεκτικό υλικό ανόδου μπορεί να παρατείνει την μπαταρία διάρκεια ζωής. Άλλοι τομείς που ερευνούνται περιλαμβάνουν τον ηλεκτρολύτη μεταξύ των ηλεκτροδίων και τη μείωση του κόστους παραγωγής των επιμέρους συστατικών.
Μη εύφλεκτα εξαρτήματα
Πιστωτική εικόνα: NTSB
Οι επιστήμονες αναζητούν ενεργά τρόπους για να κάνουν τις μπαταρίες λιθίου πιο ασφαλείς. Ένα από τα πιο πρόσφατα περιστατικά που έλαβαν πολλή δημοσιότητα είναι μια πυρκαγιά που στηρίζει το Boeing 787 που βρέθηκε να προκαλείται από την μπαταρία πολυμερούς λιθίου του αεροσκάφους. Νωρίτερα φέτος, το Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας ανακοίνωσε ότι ανακάλυψαν ένα υποκατάστατο τους εξαιρετικά εύφλεκτους οργανικούς διαλύτες που χρησιμοποιούνται συνήθως σε μπαταρίες λιθίου, που ονομάζονται υπερφθοροπολυαιθέρες (PFPE)4. Τα έλαια PFPE ήταν ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο βιομηχανικό λιπαντικό, αλλά η ομάδα διαπίστωσε ότι τα άλατα λιθίου θα μπορούσαν να διαλυθούν σε αυτό. Η ομάδα πιστεύει ότι το PFPE μπορεί πραγματικά να διαλύσει τα άλατα λιθίου καλύτερα από ορισμένα που χρησιμοποιούνται σήμερα διαλύτες, οι οποίοι θα μειώσουν την επίδραση κρυστάλλωσης στα ηλεκτρόδια και θα παρατείνουν την μπαταρία ΖΩΗ. Πρέπει ακόμη να γίνουν περισσότερες δοκιμές και προγραμματισμός πριν φτάσουμε στη μαζική παραγωγή, αλλά περιμένουμε πολύ εύφλεκτες μπαταρίες λιθίου πολύ σύντομα.
Οι επιστήμονες αναζητούν ενεργά τρόπους για να κάνουν τις μπαταρίες λιθίου πιο ασφαλείς.
Ταχύτερη φόρτιση
Δραματικά ταχύτερη φόρτιση θα μπορούσε να απέχει μόλις δύο χρόνια.
Μια ερευνητική ομάδα που εργάζεται επίσης σε ανόδους στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nangyang έχει αναπτύξει μια μπαταρία ιόντων λιθίου η οποία μπορεί να φορτιστεί στο 70% σε μόλις δύο λεπτά και μπορεί να αντέξει πάνω από 10.000 κύκλους. Αυτό είναι εξαιρετικά ελκυστικό τόσο για τον κλάδο των κινητών όσο και των ηλεκτρονικών οχημάτων. Αντί να χρησιμοποιεί μια άνοδο γραφίτη, χρησιμοποιεί ένα πήκτωμα νανοσωλήνων διοξειδίου του τιτανίου από τιτάνια. Η τιτανία είναι μια φυσική ένωση τιτανίου, είναι μια πολύ φθηνή ουσία που χρησιμοποιείται ως το κύριο δραστικό συστατικό του αντηλιακού5 και μπορεί επίσης να βρεθεί σε μια ποικιλία χρωστικών, μπορείτε ακόμη και να το βρείτε στο αποκορυφωμένο γάλα καθώς ενισχύει τη λευκότητα6. Το διοξείδιο του τιτανίου έχει δοκιμαστεί ως υλικό ανόδου στο παρελθόν, αλλά η χρήση πηκτής νανοσωλήνων αυξάνει σημαντικά την επιφάνεια της επιφάνειας, ώστε η άνοδος να μπορεί να προσλάβει ιόντα Li + πολύ πιο γρήγορα. Η ομάδα παρατήρησε επίσης ότι το διοξείδιο του τιτανίου ήταν ικανό να απορροφήσει περισσότερα ιόντα Li + και ήταν λιγότερο επιρρεπές σε αποικοδόμηση από τον γραφίτη. Οι νανοσωλήνες τιτανίου είναι σχετικά απλοί στην κατασκευή. η τιτανία αναμιγνύεται με σίκαλη, θερμαίνεται, πλένεται με αραιό οξύ και θερμαίνεται για άλλες 15 ώρες7. Η ομάδα έχει κατοχυρώσει με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας την ανακάλυψη, οπότε αναμένεται να δει την πρώτη γενιά των μπαταριών λιθίου γρήγορης φόρτισης να κυκλοφορούν στην αγορά τα επόμενα δύο χρόνια.
Εν τω μεταξύ, εταιρείες όπως η Qualcomm εργάζονται για να αυξήσουν τις ταχύτητες φόρτισης σε υπάρχουσες μπαταρίες ιόντων λιθίου με προσπάθειες όπως QuickCharge, χρησιμοποιώντας τσιπ επικοινωνίας που τους επιτρέπουν να μεγιστοποιήσουν τη φόρτιση εισόδου χωρίς να καταστρέψουν την εσωτερική κυκλική ή υπερθέρμανση η μπαταρία. Το Qualcomm QuickCharge μπορεί να βρεθεί σε τρέχοντα τηλέφωνα Android όπως το HTC One M8, Nexus 6 και Σημείωση 4 του Galaxy.
Άνοδοι λιθίου
Πιστωτική εικόνα: Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ
Πρόσφατα μια ομάδα στο Στάνφορντ δημοσίευσε μια εφημερίδα8 στην οποία ανακάλυψαν ένα λεπτό στρώμα νανοσφαιρών άνθρακα μπόρεσε να επιτρέψει τη χρήση μετάλλου λιθίου ως άνοδο. Αυτό είναι το «ιερό δισκοπότηρο» των ανόδων, καθώς μια μεταλλική άνοδο λιθίου έχει περίπου 10 φορές την ειδική χωρητικότητα των σύγχρονων ανόδων. Οι προηγούμενες άνοδοι λιθίου έχουν φτάσει μόνο την απόδοση 96% αλλά μειώθηκαν σε 50% σε περισσότερους από 100 κύκλους φόρτισης, πράγμα που σημαίνει ότι δεν είναι καλό για χρήση στην τεχνολογία κινητής τηλεφωνίας. Αλλά η ομάδα του Στάνφορντ κατάφερε να επιτύχει 99% μετά από 150 κύκλους.
Οι άνοδοι λιθίου έχουν μερικά ζητήματα, συμπεριλαμβανομένης της τάσης σχηματισμού διακλαδισμένων αυξήσεων μετά από μερικούς κύκλους εκφόρτισης. Τι περισσότερο μπορούν να εκραγούν όταν έρθουν σε επαφή με τον ηλεκτρολύτη. Το στρώμα του άνθρακα μπορεί να ξεπεράσει και τα δύο αυτά προβλήματα. Ενώ η ομάδα δεν έχει επιτύχει το στόχο 99,9% της κολομβικής απόδοσης, πιστεύουν για λίγα ακόμη χρόνια έρευνας στην ανάπτυξη ενός νέου ηλεκτρολύτη και πρόσθετες βελτιώσεις μηχανικής θα ωθήσουν την μπαταρία τους στη μάζα αγορά. Το χαρτί είναι μια ενδιαφέρουσα ανάγνωση με εικόνες εάν μπορείτε να αποκτήσετε πρόσβαση σε αυτήν.
Ευέλικτες μπαταρίες λιθίου
Εκτός από τις μπαταρίες, οι οθόνες γίνονται επίσης ευέλικτες. Πιστοποίηση εικόνας: LG
Οι τρέχουσες μπαταρίες λιθίου δεν είναι καθόλου ευέλικτες και η προσπάθεια κάμψης τους μπορεί να προκαλέσει δυσμενείς δομικές αλλαγές στην άνοδο και να μειώσει μόνιμα τη χωρητικότητα της μπαταρίας. Οι εύκαμπτες μπαταρίες θα ήταν ιδανικές για φορητά και άλλες ευέλικτες συσκευές, ένα παράδειγμα είναι η ικανότητα για μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας στο έξυπνο ρολόι σας, επειδή ο δερμάτινος ιμάντας έχει ενσωματωμένο εξωτερικό μπαταρία. Πρόσφατα, η LG παρουσίασε μια οθόνη OLED που θα μπορούσε να τυλίξει, όπου τόσο η οθόνη όσο και το κύκλωμα ήταν εύκαμπτα και το λυγισμένο στοιχείο που λείπει ήταν η μπαταρία. Η LG παρουσίασε μια καμπύλη μπαταρία "κάμψης" G Flex ακουστικό, με κελιά στοιβασμένα για την αποφυγή παραμόρφωσης. αυτό είναι το πιο κοντινό που έχουμε φτάσει σε μια "ευέλικτη" μπαταρία σε ένα mainstream smartphone μέχρι στιγμής.
Νωρίτερα φέτος μια εταιρεία στην Ταϊβάν με την ονομασία ProLogium ανακοίνωσε και ξεκίνησε την παραγωγή της ευέλικτης μπαταρίας Lithium Ceramic Polymer. Η ίδια η μπαταρία είναι εξαιρετικά λεπτή και ιδανική για ενσωμάτωση σε ρούχα και έχει ένα πλεονέκτημα έναντι του κανονικού Li-po που είναι ότι εξαιρετικά ασφαλές. Μπορείτε να το κόψετε, να το τρυπήσετε, να το συντομεύσετε και δεν θα καπνίσει ούτε θα φωτιά. Το μειονέκτημα είναι ότι είναι ακριβό να παράγεται λόγω των διαδικασιών που εμπλέκονται στην κατασκευή και η χωρητικότητα αποθήκευσης είναι πολύ τρομερή όταν είναι λεπτή. Το πιθανότατα θα το βρείτε μέσα σε πολύ εξειδικευμένες συσκευές - και ίσως μερικά αξεσουάρ μπαταριών χαμηλού προφίλ - το 2015.
Μια ομάδα στο Εθνικό Εργαστήριο Shenyang της Κίνας9 σημείωσαν πρόοδο στην ανάπτυξη ευέλικτων εναλλακτικών λύσεων για κάθε συστατικό μιας μπαταρίας Li-po, αλλά Υπάρχει ακόμη τεράστιο ποσό έρευνας και ανάπτυξης που πρέπει να κάνουμε προτού διατεθούν στο εμπόριο. Το πλεονέκτημά του έναντι της μπαταρίας λιθίου κεραμικού πολυμερούς θα ήταν το χαμηλότερο κόστος παραγωγής, αλλά η τεχνολογία θα πρέπει να μεταβιβάζεται σε άλλες τεχνολογίες μπαταριών λιθίου, όπως το θείο λιθίου.
Λιθίου-θείου
Απομακρύνοντας από το Li-ion και το Li-po υπάρχουν δύο πολλά υποσχόμενα κύτταρα με βάση το λίθιο, το θείο λιθίου (Li-S) και το λιθίου-αέρα (Li-air). Το Li-S χρησιμοποιεί παρόμοια χημεία με το Li-ion εκτός από το ότι η χημική διαδικασία περιλαμβάνει αντίδραση δύο ηλεκτρονίων μεταξύ των ιόντων Li + και του θείου. Το Li-S είναι μια εξαιρετικά ελκυστική αντικατάσταση για τις τρέχουσες τεχνολογίες, καθώς είναι εξίσου εύκολο στην παραγωγή, έχει υψηλότερη ικανότητα φόρτισης. Ακόμα καλύτερα, δεν απαιτεί πολύ πτητικούς διαλύτες που μειώνουν δραστικά τον κίνδυνο πυρκαγιάς βραχυκύκλωμα και τρυπήματα. Τα κύτταρα Li-S βρίσκονται σχεδόν στην παραγωγή και δοκιμάζονται. Η μη γραμμική απόκριση εκφόρτισης και φόρτισης απαιτεί ένα εντελώς νέο κύκλωμα φόρτισης για την αποφυγή ταχείας εκφόρτισης.
Λιθίου-αέρα
Οι ισχυρές μπαταρίες λιθίου-αέρα θα μπορούσαν να οδηγήσουν ηλεκτρικά αυτοκίνητα, αλλά η τεχνολογία είναι ακόμη στα σπάργανα.
Στις μπαταρίες Li-air η κάθοδος της κυψέλης είναι αέρας, ή πιο συγκεκριμένα το οξυγόνο στον αέρα. Παρόμοια με τις μπαταρίες Li-S, η χημεία του Li-air περιλαμβάνει επίσης αντίδραση δύο ηλεκτρονίων, αλλά μεταξύ λιθίου και οξυγόνου. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης, τα ιόντα Li + μετακινούνται στην άνοδο και η μπαταρία απελευθερώνει οξυγόνο από την πορώδη κάθοδο. Προτάθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1970 για χρήση σε ηλεκτρικά οχήματα.
Οι μπαταρίες Li-air μπορεί θεωρητικά να έχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από τη βενζίνη10; ως σύγκριση το HTC One M8 Η μπαταρία των 2600 mAh μπορεί να αποθηκεύσει την ίδια ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται κατά την καύση ένα γραμμάριο βενζίνης. Παρά την εκτεταμένη χρηματοδότηση σε μπαταρίες Li-air, υπάρχουν σοβαρές προκλήσεις που δεν έχουν ακόμη λυθεί, ειδικά την ανάγκη για νέα ηλεκτρόδια και ηλεκτρολύτες, καθώς η τρέχουσα κολομβική απόδοση είναι αβλαβής μετά από λίγες κύκλους. Μπορεί να μην είναι ποτέ εφικτό σε smartphone λόγω της ανάγκης για συνεχή αερισμό, αλλά το βλέπουν πολλοί ως "ιερό δισκοπότηρο της αγοράς ηλεκτρικών οχημάτων" παρόλο που θα είναι πάνω από μια δεκαετία πριν το βρεις στο ηλεκτρικό σου αυτοκίνητο.
Ιόνιο μαγνησίου
Με την απομάκρυνση εντελώς από το λίθιο, οι μπαταρίες ιόντων μαγνησίου (Mg-ion) διερευνώνται επίσης πολύ. Τα ιόντα μαγνησίου είναι ικανά να μεταφέρουν διπλάσιο φορτίο σε σύγκριση με τα ιόντα λιθίου. Μια ομάδα της Ταϊβάν που ερευνά τις μπαταρίες ιόντων Mg είπε πρόσφατα EnergyTrend ότι το Mg-ion έχει 8 έως 12 φορές μεγαλύτερη χωρητικότητα σε σύγκριση με το Li-ion με 5 φορές πιο αποτελεσματικούς κύκλους εκφόρτισης. Δήλωσαν ένα παράδειγμα όπου ένα τυπικό ηλεκτρικό ποδήλατο με Li-po θα χρειαζόταν 3 ώρες για να φορτιστεί, ενώ μια μπαταρία μαγνησίου της ίδιας χωρητικότητας θα διαρκούσε μόνο 36 λεπτά. Αναφέρθηκε επίσης ότι κατάφεραν να βελτιώσουν τη σταθερότητα της μπαταρίας κάνοντας τα ηλεκτρόδια από μεμβράνες μαγνησίου και σκόνη μαγνησίου. Θα περάσουν μερικά χρόνια πριν οι μπαταρίες μαγνησίου χρησιμοποιηθούν στο εμπόριο, αλλά είναι σίγουρα πιο κοντά από τους άλλους υποψηφίους.
Μπαταρίες ιόντων αλογονιδίου
Οι μπαταρίες ιόντων αλογονιδίου (που εστιάζουν κυρίως στο χλωρίδιο και το φθόριο) περιλαμβάνουν επίσης το κλείσιμο των ιόντων, εκτός από αυτά τα ιόντα φορτίζονται αρνητικά σε αντίθεση με τα θετικά μεταλλικά ιόντα που αναφέρθηκαν παραπάνω. Αυτό σημαίνει ότι η κατεύθυνση κλεισίματος φόρτισης και εκφόρτισης αντιστρέφεται. Το 201111, η πρόταση των μπαταριών ιόντων φθορίου πυροδότησε έρευνα σε όλο τον κόσμο. Το φθόριο είναι ένα από τα μικρότερα στοιχεία σε ατομικό επίπεδο, οπότε θεωρητικά μπορείτε να το αποθηκεύσετε πολύ περισσότερο σε μια κάθοδο σε σύγκριση με τα μεγαλύτερα στοιχεία και να επιτύχετε μια εξαιρετικά υψηλή χωρητικότητα. Υπάρχουν πολλές προκλήσεις που πρέπει να λύσουν οι ερευνητές προτού καταστούν βιώσιμες, λόγω του ότι το φθόριο είναι πολύ αντιδραστικό και η ικανότητά του να τραβά ένα ηλεκτρόνιο από σχεδόν οτιδήποτε. Τα κατάλληλα χημικά συστήματα που χρειάζονται θα χρειαστούν χρόνο για να αναπτυχθούν.
Συνεργασία μεταξύ του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καρλσρούης στη Γερμανία και του Πανεπιστημίου του Ναντζίνγκ Η τεχνολογία στην Κίνα παρουσίασε μια απόδειξη της έννοιας ενός νέου τύπου επαναφορτιζόμενης μπαταρίας με βάση το χλωρίδιο ιόντα12. Αντί για το κλείσιμο θετικών μεταλλικών ιόντων, αυτή η μπαταρία χρησιμοποιεί αρνητικά φορτισμένα μη μεταλλικά ιόντα. Το χλώριο είναι λιγότερο αντιδραστικό σε σύγκριση με το φθόριο, αλλά έχει παρόμοια προβλήματα όπου πρέπει να βρεθεί ένα χημικό σύστημα και εκλεπτυσμένο πριν καταστούν βιώσιμα, οπότε μην περιμένετε να βρείτε αυτές τις μπαταρίες στο smartphone σας για τουλάχιστον ένα δεκαετία.
Υπερπυκνωτές
Ένας πυκνωτής είναι παρόμοιος με μια μπαταρία, καθώς πρόκειται για δύο τερματικά εξαρτήματα που αποθηκεύουν ενέργεια, αλλά η διαφορά είναι ότι ένας πυκνωτής μπορεί να φορτίσει και να αποφορτιστεί εξαιρετικά γρήγορα. Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται γενικά για γρήγορες εκκενώσεις ηλεκτρικής ενέργειας, όπως το φλας xenon σε μια κάμερα. Οι σχετικά αργές χημικές διεργασίες σε μια γενική μπαταρία Li-po δεν μπορούν να αποφορτιστούν οπουδήποτε κοντά στις ίδιες ταχύτητες. Λειτουργούν επίσης σε εντελώς διαφορετικές αρχές, οι μπαταρίες φορτίζουν αυξάνοντας την ενέργεια μιας χημικής ουσίας Το σύστημα και οι πυκνωτές δημιουργούν ξεχωριστά φορτία σε δύο μεταλλικές πλάκες με μονωτική ουσία μεταξύ τους. Μπορείτε ακόμη και να δημιουργήσετε έναν πυκνωτή με ένα κομμάτι χαρτί μεταξύ δύο φύλλων αλουμινίου, αν και μην περιμένετε να φορτίσετε τίποτα με αυτό!
Κατά τη φόρτιση ενός πυκνωτή το ρεύμα προκαλεί τη συσσώρευση ηλεκτρονίων στην αρνητική πλάκα, απωθώντας ηλεκτρόνια μακριά από τη θετική πλάκα έως ότου η διαφορά δυναμικού είναι η ίδια με την τάση με το εισαγωγή. (Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή είναι γνωστή ως χωρητικότητα.) Η εκφόρτιση ενός πυκνωτή μπορεί να είναι φανταστικά γρήγορη. Η αναλογία της φύσης για έναν πυκνωτή είναι αστραπή, όπου έχετε μια συσσώρευση φόρτισης μεταξύ του πυθμένα ενός σύννεφου και της Γης (όπως οι δύο μεταλλικές πλάκες) και μεταξύ τους βρίσκεται ένας κακός αγωγός, αέρας. Τα σύννεφα έχουν σημαντική χωρητικότητα και η δυνητική ενέργεια θα συσσωρευτεί έως και εκατομμύρια βολτ μέχρι να φτάσει φτάνει στο σημείο όπου ο αέρας δεν είναι πλέον κατάλληλος μονωτής και μεταφέρει την ενέργεια από το σύννεφο στο έδαφος.
Κοιτώντας ακόμη πιο μπροστά, οι υπερπυκνωτές θα μπορούσαν μια μέρα να επιτρέψουν στο τηλέφωνό σας να φορτιστεί σε δευτερόλεπτα.
Το πρόβλημα με τους πυκνωτές είναι ότι γενικά δεν μπορούν να αποθηκεύσουν τόση ενέργεια στον ίδιο χώρο με μια μπαταρία λιθίου, αλλά Η ιδέα να μπορέσετε να φορτίσετε το τηλέφωνό σας σε δευτερόλεπτα και όχι ώρες είναι μια ιδέα που οδήγησε την έρευνα υπερσυμπιεστές. Οι υπεραπυκνωτές (που ονομάζονται επίσης υπερ-πυκνωτές) διαφέρουν από τους κανονικούς πυκνωτές, καθώς έχουν πολύ μεγαλύτερη χωρητικότητα αποφεύγοντας το συμβατικό στερεό μονωτή και βασισμένοι σε χημικά συστήματα.
Ένα μεγάλο μέρος της έρευνας πρόκειται να ενσωματώσει τα νανοσωλήνες γραφενίου και άνθρακα (γραφένιο σε κύλινδρο) στα συστατικά. Το Πανεπιστήμιο Tsinghua πειραματίζεται με νανοσωλήνες άνθρακα για να βελτιώσει την αγωγιμότητα των νανορευστών για χρήση ως ηλεκτρολύτες σε υπερκαταναλωτές13. Το Πανεπιστήμιο του Τέξας μελετά τις διαδικασίες μαζικής παραγωγής για να καταστήσει το γραφένιο κατάλληλο για υπερκαταναλωτές14. Το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης ερευνά τη χρήση σύνθετων γραφενίου ως ηλεκτρόδια υπερκλειδών15. Οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν μια ασυνήθιστη ιδιότητα όπου ο προσανατολισμός της ατομικής δομής μπορεί να υπαγορεύει εάν ένας νανοσωλήνας είναι αγωγός, ημιαγωγός ή μονωτής. Για εργαστηριακή χρήση, τόσο οι νανοσωλήνες γραφενίου όσο και οι άνθρακες εξακολουθούν να είναι εξαιρετικά ακριβοί, 140 £ (218 $) για 1 εκατοστό2 φύλλο γραφενίου και πάνω από 600 £ (934 $) ανά γραμμάριο νανοσωλήνες άνθρακα λόγω της δυσκολίας στην κατασκευή τους.
Το Supercapacitors παραμένει πολύ μακριά από εμπορική χρήση. Υπήρξαν διαδηλώσεις από αυτά χρησιμοποιούνται σε smartphone, αλλά αυτές οι συσκευές ήταν ογκώδεις. Η τεχνολογία πρέπει να συρρικνωθεί τόσο σε μέγεθος όσο και να γίνει φθηνότερη για παραγωγή πριν είναι έτοιμα να εισαχθούν στην αγορά. Εκτός από αυτό, η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα ενός υπερφορτωμένου πυκνωτή φέρνει τη δυνατότητα ταχείας εκφόρτισης που ενέχει σοβαρό κίνδυνο πυρκαγιάς όταν χρησιμοποιείται σε συσκευές.
Συμβουλές για τη βελτίωση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας λιθίου
- Οι μπαταρίες λιθίου δεν απαιτούν κλιματισμό, όπου πρέπει να φορτίσετε την μπαταρία για 24 ώρες με την πρώτη φόρτιση.
- Εάν αφήσετε το τηλέφωνό σας στο φορτιστή μετά τη φόρτιση δεν θα προκαλέσει υπερφόρτιση, εκτός από πολύ σπάνιες περιπτώσεις όπου το κύκλωμα φόρτισης δυσλειτουργεί. Δεν συνιστάται να αφήσετε μια μπαταρία στο 100% για μεγάλα χρονικά διαστήματα.
- Χρησιμοποιήστε τη γρήγορη φόρτιση με φειδώ όπου είναι δυνατόν, υψηλότερες θερμοκρασίες επιταχύνουν την υποβάθμιση.
- Αποφύγετε τη φόρτιση σε θερμοκρασίες κάτω από την κατάψυξη καθώς η υπερφόρτιση μπορεί να προκαλέσει μη αναστρέψιμη επιμετάλλωση μεταλλικού λιθίου στην άνοδο16.
- Αποφύγετε την εκφόρτιση στο 0%, είναι κακό για τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
- Αποθηκεύστε τις μπαταρίες λιθίου σε ~ 40-50% για να μειώσετε τη φθορά, αποσυνδέστε επίσης από τη συσκευή εάν είναι δυνατόν.
Η κατώτατη γραμμή
Ο πιο πιθανός υποψήφιος για την επόμενη γενιά στη διάρκεια ζωής της μπαταρίας smartphone είναι το λίθιο-θείο. Είναι σχεδόν έτοιμο για μαζική παραγωγή και έχει δείξει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα τόσο στη χωρητικότητα όσο και στη βελτίωση της ασφάλειας, ενώ είναι σχετικά φθηνό στην κατασκευή. Μόλις οι άνοδοι λιθίου είναι έτοιμες για μαζική παραγωγή με αρκετά χαμηλό κόστος, θα φέρει το άλμα στη διάρκεια ζωής της μπαταρίας που τρέχει φορετά ανάγκη χωρίς να είναι δυσάρεστα μεγάλο. Θα περάσουν περισσότερο από μια δεκαετία προτού δείτε τους υπεραισθητήρες στα τηλέφωνα και τα tablet σας - αλλά μην ανησυχείτε, το διοξείδιο του τιτανίου Οι νανοσωλήνες θα βοηθήσουν σύντομα τους χρόνους φόρτισης (εάν ο κατασκευαστής της συσκευής μπορεί να αντέξει το επιπλέον κόστος σε σχέση με τον συνηθισμένο γραφίτη παραλλαγές).
Ωστόσο, αυτές οι τεχνολογίες εξελίσσονται, ένα πράγμα είναι σίγουρο - δεδομένου του χρόνου, τα τρέχοντα σφάλματα που περιβάλλουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας του smartphone, την χωρητικότητα και τις ταχύτητες φόρτισης θα πρέπει να γίνουν παρελθόν
βιβλιογραφικές αναφορές
Ι. Λι, Γ. Daniel και D. Ξύλο, Επεξεργασία υλικών για μπαταρίες ιόντων λιθίου, Journal of Power Sources, 2011. 196 (5): σ. 2452-2460. ↩
Το S4 κάηκε κατά τη φόρτιση.. Διαθέσιμο από: http://forums.androidcentral.com/samsung-galaxy-s4/442906-s4-burnt-while-charging.html. ↩
Ο άνθρωπος σπάζει το Galaxy S5 με σφυρί, το Galaxy S5 εκδικείται. Διαθέσιμο από: http://forums.androidcentral.com/samsung-galaxy-s5/378523-man-smashes-galaxy-s5-hammer-galaxy-s5-takes-revenge.html. ↩
D.H.C. Wong, J.L. Thelen, Υ. Φου, Δ. Devaux, Α.Α. Pandya, V.S. Battaglia, Ν.Ρ. Balsara, and J.M. DeSimone, Μη εύφλεκτοι ηλεκτρολύτες με βάση υπερφθοροπολυαιθέρες για μπαταρίες λιθίου, Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, 2014. 111 (9): σ. 3327-3331. ↩
Υ. Τανγκ, Υ. Zhang, J. Deng, J. Wei, H.L. Tam, Β.Κ. Chandran, Ζ. Ντονγκ, Ζ. Chen και X. Chen, Nanotubes: Μηχανική ανάπτυξη με βάση τη δύναμη των επιμήκων κάμψης TiO2 με βάση νανοσωληνικά υλικά για Ultrafast επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ιόντων λιθίου (Adv. Μητήρ. 35/2014), Προηγμένα Υλικά, 2014. 26 (35): σελ. 6046-6046. ↩
Λ.Γ. Philips και D.M. Barbano, Η επιρροή υποκατάστατων λιπαρών με βάση τις πρωτεΐνες και το διοξείδιο του τιτανίου στις αισθητηριακές ιδιότητες των γάλακτος χαμηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά 1, Journal of Dairy Science. 80 (11): σελ. 2726-2731. ↩
ΣΟΛ. Armstrong, A.R. Armstrong, J. Canales, και P.G. Bruce, Nanotubes με τη δομή TiO2-B, Chemical Communications, 2005 (19): p. 2454-2456. ↩
ΣΟΛ. Zheng, S.W. Λι, Ζ. Liang, H.-W. Λι, Κ. Γιαν, Η. Γιάο, Η. Wang, W. Λι, Σ. Chu και Y. Cui, διασυνδεδεμένες νανοσφαίρες κοίλου άνθρακα για σταθερές ανόδους λιθίου, Nat Nano, 2014. 9 (8): σ. 618-623. ↩
ΣΟΛ. Ζου, Φ. Li, και Η.-Μ. Cheng, Πρόοδος σε εύκαμπτες μπαταρίες λιθίου και μελλοντικές προοπτικές, Ενέργεια και περιβαλλοντική επιστήμη, 2014. 7 (4): σ. 1307-1338. ↩
ΣΟΛ. Girishkumar, Β. McCloskey, A.C. Luntz, S. Swanson, και W. Wilcke, Lithium − Μπαταρία αέρα: Υπόσχεση και προκλήσεις, The Journal of Physical Chemistry Letters, 2010. 1 (14): σ. 2193-2203. ↩
Μ. Anji Reddy και M. Fichtner, Μπαταρίες με βάση φθοριούχο λεωφορείο, Journal of Materials Chemistry, 2011. 21 (43): σ. 17059-17062. ↩
Χ. Ζάο, Σ. Ρεν, Μ. Bruns και M. Fichtner, μπαταρία ιόντων χλωριδίου: Ένα νέο μέλος στην οικογένεια επαναφορτιζόμενων μπαταριών, Journal of Power Sources, 2014. 245 (0): σελ. 706-711. ↩
ΝΤΟ. Κονγκ, W. Κιαν, Γ. Ζενγκ, Υ. Γιου, Γ. Cui, και F. Wei, Αύξηση της απόδοσης ενός υπερπυκνωτή 4 V με βάση έναν ηλεκτρολύτη νανοσωλήνων νανοσωλήνων άνθρακα EMIBF4 μονής τοιχώματος, Chemical Communications, 2013. 49 (91): σελ. 10727-10729. ↩
Υ. Zhu, Σ. Murali, M.D. Stoller, K.J. Ganesh, W. Cai, P.J. Ferreira, Α. Pirkle, R.M. Wallace, Κ.Α. Cychosz, Μ. Τόμς, Δ. Σου, Ε.Α. Stach και R.S. Ruoff, Supercapacitors με βάση τον άνθρακα Παράγεται από την ενεργοποίηση του Graphene, Science, 2011. 332 (6037): σελ. 1537-1541. ↩
Κ. Zhang, L. L. Zhang, X.S. Zhao και J. Wu, Graphene / Polyaniline Nanofiber Composites as Supercapacitor Electrodes, Chemistry of Materials, 2010. 22 (4): σελ. 1392-1401. ↩
Υ. Τζι, C.-Y. Wang, C.E. Shaffer και P.K. Σίνχα. 2014, Διπλώματα ευρεσιτεχνίας Google. ↩
Αυτά είναι τα καλύτερα ασύρματα ακουστικά που μπορείτε να αγοράσετε σε κάθε τιμή!
Τα καλύτερα ασύρματα ακουστικά είναι άνετα, υπέροχα, δεν κοστίζουν πολύ και χωράνε εύκολα στην τσέπη.
Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για το PS5: Ημερομηνία κυκλοφορίας, τιμή και πολλά άλλα.
Η Sony επιβεβαίωσε επίσημα ότι εργάζεται στο PlayStation 5. Εδώ είναι ό, τι γνωρίζουμε μέχρι τώρα.
Η Nokia λανσάρει δύο νέα τηλέφωνα Android One προϋπολογισμού κάτω των 200 $.
Το Nokia 2.4 και το Nokia 3.4 είναι οι τελευταίες προσθήκες στην οικονομική σειρά smartphone της HMD Global. Δεδομένου ότι είναι και οι δύο συσκευές Android One, είναι εγγυημένο ότι θα λαμβάνουν δύο σημαντικές ενημερώσεις λειτουργικού συστήματος και τακτικές ενημερώσεις ασφαλείας για έως και τρία χρόνια.
Ασφαλίστε το σπίτι σας με αυτά τα κουδούνια και κλειδαριές SmartThings.
Ένα από τα καλύτερα πράγματα για το SmartThings είναι ότι μπορείτε να χρησιμοποιήσετε πολλές άλλες συσκευές τρίτου μέρους στο σύστημά σας, κουδούνια και κλειδαριές που περιλαμβάνονται. Δεδομένου ότι όλοι μοιράζονται ουσιαστικά την ίδια υποστήριξη SmartThings, έχουμε εστιάσει σε ποιες συσκευές έχουν τις καλύτερες προδιαγραφές και κόλπα για να δικαιολογήσουν την προσθήκη τους στο οπλοστάσιό σας SmartThings.