De vuelta a principios de año en nuestro Futurología de teléfonos inteligentes serie, nosotros discutido la tecnología detrás de la batería en los teléfonos inteligentes y lo que vendrá en el futuro. Este artículo es una actualización rápida de esa pieza, que analiza algunos de los desarrollos recientes en baterías basadas en la química del litio, como las que alimentan la gran mayoría de los teléfonos inteligentes.
Examinaremos más de cerca qué reduce la duración de la batería de su teléfono con el tiempo y qué tan alta capacidad tecnologías como las baterías de azufre de litio y los ánodos de metal de litio están más cerca que nunca de convertirse práctico. Únase a nosotros después del descanso.
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Por qué la capacidad de su batería disminuye con el tiempo
Credito de imagen: Centro Conjunto para la Investigación del Almacenamiento de Energía
Un grupo liderado por el Centro Conjunto para la Investigación del Almacenamiento de Energía en los EE. UU. Logró reunir evidencia sobre los procesos detrás del deterioro de las baterías de litio a lo largo del tiempo.
[1]. En mi artículo original, mencioné los crecimientos dendríticos (ramificados como un árbol) en los ánodos de metal de litio con el tiempo, lo que reduce la capacidad de la batería.Verizon ofrece Pixel 4a por solo $ 10 / mes en nuevas líneas ilimitadas
Deposición de metal de litio en el electrodo de Li-po a lo largo del tiempo
Crédito: Centro Conjunto para la Investigación del Almacenamiento de Energía
El equipo desarrolló un nuevo método utilizando STEM (microscopía electrónica de transmisión de barrido, un método para analizando estructuras increíblemente pequeñas) para observar estos depósitos en una batería de polímero de litio durante hora.
El ánodo de una batería de litio es lo que determina la capacidad total, y estos crecimientos alteran la eficiencia con la que el ánodo es capaz de almacenar iones de litio y, por lo tanto, reduce la capacidad de la batería. También se ha demostrado que estos crecimientos dendríticos de litio metálico pueden ser peligrosos y causar fallas internas que provocan que la batería se inflame o, lo que es peor, explote.[2].
Con estas innovadoras habilidades para observar dichos procesos, el equipo ha podido determinar los factores que controlan estos crecimientos que ayudarán a los investigadores en el campo a mejorar la longevidad y la seguridad de los productos comerciales basados en litio baterías
Mejoras en litio-azufre
Credito de imagen: Universidad de California
Ha habido un aumento dramático en el número de artículos publicados sobre tecnología de azufre de litio, y como se explicó anteriormente la tecnología se considera la próxima iteración en la tecnología de baterías de litio, que reemplaza al polímero de litio ampliamente adoptado células. Recordar:
El litio-azufre es un reemplazo extremadamente atractivo para las tecnologías actuales, ya que es igual de fácil de producir y tiene una mayor capacidad de carga. Mejor aún, no requiere solventes altamente volátiles que reducen drásticamente el riesgo de incendio por cortocircuitos y pinchazos.
Más sobre litio-azufre y otras tecnologías de baterías futuras
Recientemente, un grupo de la Universidad de California resolvió uno de los problemas relacionados con la química del litio-azufre y publicó un artículo al respecto el mes pasado.[3].
A medida que se resuelven los problemas con la longevidad de las baterías Li-S, la tecnología avanza hacia una realidad práctica.
Durante las reacciones químicas que ocurren en los procesos de carga y descarga, se forman cadenas de polisulfuro. Estas cadenas deben fluir a través del electrolito intactas y aquí es donde radica el problema, el polisulfuro a veces puede disolverse en la solución.[4, 5] y tiene un gran impacto en la duración de la batería.
El grupo desarrolló un método para recubrir estos polisulfuros en nanoesferas utilizando una fina capa de dióxido de silicio (esencialmente vidrio), que mantiene el polisulfuro alejado del electrolito mientras puede moverse fácilmente a través de él entre los electrodos. Con problemas como estos siendo constantemente resueltos por numerosos grupos de investigación que trabajan duro, el futuro de las baterías de litio-azufre en nuestros teléfonos se acerca cada día más.
Los ánodos de metal de litio se hacen realidad
Credito de imagen: Sistemas SolidEnergy
Si recuerdas el artículo sobre futurología de la batería, mencioné que poder usar metal de litio como ánodo es el "santo grial" de los materiales del ánodo debido a la capacidad adicional que aportan.
SolidEnergy Systems Corp. han estado mostrando su batería de litio "sin ánodo", que esencialmente reemplaza el grafito normal y los ánodos compuestos por un ánodo delgado de metal de litio. Afirman que duplican la densidad de energía en comparación con un ánodo de grafito y un 50% en comparación con un ánodo compuesto de silicio.
Las últimas baterías 'sin ánodo' afirman duplicar la densidad de energía de lo que hay en su teléfono en este momento.
La imagen de arriba que ha publicado SolidEnergy ayuda a mostrar la drástica reducción de tamaño, aunque debo mencionar que es un poco engañosa. Tanto las baterías de Xiaomi como las de Samsung están diseñadas para ser reemplazables, por lo que tendrían un plástico adicional carcasa y dispositivos electrónicos adicionales como un circuito de carga o incluso (en algunas baterías Samsung) un NFC antena.
Sin embargo, dicho esto, puede ver la diferencia sustancial de tamaño entre la batería interna de 1.8 Ah del iPhone y el paquete de baterías SolidEnergy de 2.0 Ah en informe de noticias de la BBC.
Que significa todo
Con los teléfonos insignia de varios fabricantes, incluidos Galaxy S6 de Samsung y IPhone 6 de Apple - avanzando hacia diseños más delgados, la necesidad de baterías más densas es cada vez mayor. Al acumular más energía de la batería en un área más pequeña también se abre la posibilidad de obtener varios días de uso de teléfonos más grandes de estilo "phablet", al tiempo que proporciona más energía para los procesadores hambrientos de energía del futuro.
Estamos mirando hacia un futuro en el que será más fácil que nunca evitar la temida batería muerta del teléfono inteligente.
Y cuando se trata de baterías de litio-azufre, el riesgo reducido de incendio por cortocircuito o perforación debería hacer que nuestros dispositivos sean más seguros de usar y menos peligrosos (y costosos) de transporte para los fabricantes.
Combine esto con el progreso reciente hacia una carga más rápida y el crecimiento de la carga inalámbrica en los últimos años, y estamos mirando hacia un futuro en el que será más fácil que nunca evitar que se agote la batería del teléfono inteligente.
Entonces, ¿cuándo comenzaremos a ver que estas nuevas tecnologías estarán disponibles? SolidEnergy estima que su solución "sin ánodos" llegará al mercado en 2016, y también estamos viendo un calendario similar para las baterías Li-S, dados los desarrollos recientes en torno a esta tecnología. Eso no quiere decir que se enviarán en dispositivos móviles reales el próximo año; sin embargo, la revolución en la tecnología de baterías que todos hemos estado esperando no puede estar muy lejos.
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Referencias
- LICENCIADO EN DERECHO. Mehdi, J. Qian, E. Nasybulina, C. Park, D.A. Welch, R. Faller, H. Mehta, W.A. Henderson, W. Xu, C.M. Wang, J.E. Evans, J. Liu, J.G. Zhang, K.T. Mueller y N.D. Browning, Observación y cuantificación de procesos a nanoescala en baterías de litio por Operando Electrochemical (S) TEM, Nano Letters, 2015. 15 (3): pág. 2168-2173.
- GRAMO. Zheng, S.W. Lee, Z. Liang, H.-W. Puerro. Yan, H. Yao, H. Wang, W. Li, S. Chu e Y. Cui, nanoesferas de carbono huecas interconectadas para ánodos estables de metal de litio, Nat Nano, 2014. 9 (8): pág. 618-623.
- SEGUNDO. Campbell, J. Bell, H. Bahía Hosseini, Z. Favores, R. Ionescu, C.S. Ozkan y M. Ozkan, partículas de azufre recubiertas de SiO2 con óxido de grafeno levemente reducido como material de cátodo para baterías de litio-azufre, nanoescala, 2015.
- Y. Yang, G. Zheng e Y. Cui, cátodos de azufre nanoestructurados, Chemical Society Reviews, 2013. 42 (7): pág. 3018-3032.
- W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, Z.W. Seh, H. Yao e Y. Cui, Comprensión del papel de diferentes polímeros conductores en la mejora del rendimiento del cátodo de azufre nanoestructurado, Nano Letters, 2013. 13 (11): pág. 5534-5540.