Artikkel

Futuroloogia 1.1: Väiksemad suurema mahutavusega patareid on lähemal kui kunagi varem

protection click fraud
Patareid

Aasta alguses tagasi meie Nutitelefoni futuroloogia seeria, meie arutati nutitelefonide aku taga olev tehnoloogia ja mis on tulevikus tulemas. See artikkel on selle tüki kiire värskendus, vaadeldes mõningaid liitiumkeemia baasil tehtud patareide hiljutisi arenguid - nagu ka neid, mis toidavad valdavat enamust nutitelefonidest.

Uurime lähemalt, mis vähendab teie telefoni aku kasutusaega aja jooksul ja kui suure mahutavusega sellised tehnoloogiad nagu liitiumväävelpatareid ja liitiummetallanoodid on lähemal kui kunagi varem praktiline. Liituge meiega pärast pausi.

Loe lähemalt: uusimad läbimurded telefoni akutehnoloogias

Miks teie aku maht aja jooksul väheneb

Dendriidi kasv

Pildikrediit: Energiasalvestuse teadusuuringute ühiskeskus

USA energiasalvestuse teadusuuringute ühise keskuse juhitud grupil õnnestus koguda tõendeid liitiumpatareide aja jooksul halvenenud protsesside kohta[1]. Oma algses artiklis mainisin liitiummetallanoodidel aja jooksul kasvavaid dendriitseid (hargnevaid nagu puu) aku mahtu.

Verizon pakub Pixel 4a uutele piiramatutele liinidele vaid 10 dollarit kuus

Dendriidid
Liitiummetalli sadestumine Li-po elektroodil aja jooksul
Krediit: Energiasalvestuse teadusuuringute ühiskeskus

Meeskond töötas välja uue meetodi, kasutades STEM-i (skaneeriv ülekandelektroonmikroskoopia - meetod analüüsides uskumatult väikeseid struktuure), et jälgida nende liitiumpolümeerakus olevate hoiuste aeg.

Liitiumpatarei anood on see, mis määrab koguvõimsuse ja need kasvud häirivad seda, kui tõhusalt on anood võimeline liitiumioone ladustama ja vähendab seeläbi aku mahtu. Samuti on näidatud, et need liitiummetalli dendriitsed kasvud võivad olla ohtlikud ja põhjustada sisemisi rikkeid, mis põhjustavad aku õhupalli või veelgi hullem plahvatuse[2].

Nende läbimurdevõimega selliste protsesside jälgimiseks on meeskond suutnud kindlaks määrata tegurid, mis kontrollivad need kasvud aitavad valdkonna teadlastel parandada kaubandusliku liitiumil põhineva pikaealisust ja ohutust patareid.

Liitium-väävli täiustused

Liitiumväävel

Pildikrediit: California ülikool

Liitiumväävli tehnoloogiat käsitlevate avaldatud artiklite arv on dramaatiliselt suurenenud ja nagu varem selgitatud tehnoloogiat vaadeldakse liitiumpatareide tehnoloogia järgmise kordusena, mis asendab laialt levinud liitiumpolümeeri rakke. Kokkuvõtteks:

Liitium-väävel on praeguste tehnoloogiate jaoks äärmiselt atraktiivne asendaja, kuna seda on sama lihtne toota ja selle laadimisvõimsus on suurem. Veelgi parem, see ei nõua eriti lenduvaid lahusteid, mis vähendaksid drastiliselt lühise ja punktsioonide tekitatud tulekahjude riski.

Lisateavet liitium-väävli ja muude tulevaste akutehnoloogiate kohta

Hiljuti on California ülikooli rühm lahendanud ühe liitium-väävlikeemiaga seotud küsimuse, avaldades eelmisel kuul selle kohta artikli[3].

Kui Li-S patareide pikaealisuse probleemid on lahendatud, liigub tehnoloogia praktilise reaalsuse poole.

Laengu- ja väljalaskeprotsessides toimuvate keemiliste reaktsioonide käigus moodustuvad polüsulfiidahelad. Need ahelad peavad voolama läbi elektrolüüdi puutumata ja siin on küsimus selles, et polüsulfiid võib mõnikord lahuses lahustuda[4, 5] ja mõjutab oluliselt aku pikaealisust.

Rühm töötas välja meetodi nende polüsulfiidide katmiseks nanosfäärideks, kasutades õhukest ränidioksiidi kihti (põhiliselt klaas), mis hoiab polüsulfiidi elektrolüüdist eemal, samal ajal kui saab selle kaudu hõlpsasti liikuda elektroodid. Kuna selliseid probleeme lahendavad pidevalt paljud töökad uurimisrühmad, on liitium-väävlipatareide tulevik meie telefonides iga päevaga lähemal.

Liitiummetallanoodid saavad vilja

Liitiummetallide anoodide skeem

Pildikrediit: SolidEnergy Systems

Kui mäletate aku futuroloogia artiklist, mainisin, kuidas liitiummetalli kasutamine anoodina on anoodimaterjalide "püha graal" tänu nende kaasnevale lisavõimsusele.

SolidEnergy Systems Corp. on näidanud oma "anoodita" liitiumaku, mis sisuliselt asendab tavalised grafiit- ja komposiitanoodid õhukese liitiummetallanoodiga. Nad väidavad, et nad kahekordistavad energia tihedust võrreldes grafiitanoodiga ja 50% võrreldes räni komposiitanoodiga.

Uusimad anoodita patareid väidavad, et see kahekordistab praegu teie telefonis oleva energia tihedust.

Aku suuruse võrdlus

Ülalolev SolidEnergy avaldatud pilt aitab näidata dramaatilist suuruse vähenemist, kuigi peaksin mainima, et see on veidi eksitav. Nii Xiaomi kui ka Samsungi akud on mõeldud vahetatavaks, nii et neil oleks täiendav plastik kest ja täiendav elektroonika, näiteks laadimisahel või isegi (mõnes Samsungi akus) NFC antenn.

Kuid olles seda öelnud, näete iPhone'i 1,8 Ah sisemise aku ja 2,0 Ah SolidEnergy aku olulist suuruse erinevust BBC uudistearuanne.

Mida see kõik tähendab

Samsung Galaxy S6 ja iPhone 6

Mitmete tootjate tipptelefonidega - sealhulgas Samsungi Galaxy S6 ja Apple'i iPhone 6 - õhemate kujunduste poole liikudes on vajadus tihedamate patareide järele veelgi suurem. Rohkem akutoidu toppimine väiksemale alale avab ka võimaluse saada mitu päeva kasutamist suurematest "phablet" stiilis telefonidest, pakkudes samal ajal rohkem mahla võimunäljas tuleviku protsessorid.

Vaatame tulevikku, kus on kardetud nutitelefoni aku vältimine lihtsam kui kunagi varem.

Ja kui tegemist on liitium-väävlipatareidega, siis on lühise või torke tõttu väiksem tuleoht peaks muutma meie seadmete kasutamise ohutumaks ning tootjate jaoks vähem transportimiseks ohtlikuks (ja kulukaks).

Ühendage see hiljutiste edusammudega kiirema laadimise ja traadita laadimise kasv viimastel aastatel ja vaatame tulevikku, kus on nutitelefoni tühjenenud aku vältimine lihtsam kui kunagi varem.

Millal siis näeme, kuidas need uued tehnoloogiad kättesaadavaks saavad? SolidEnergy hinnangul jõuab selle "anooditu" lahendus turule 2016. aastal ja vaatame hiljutist arengut selle tehnoloogia osas ka Li-S akude ajakava osas. See ei tähenda, et neid tarnitakse järgmisel aastal tegelikes mobiilseadmetes - sellegipoolest ei saa akude tehnoloogia revolutsioon, mida me kõik oleme oodanud, kaugel olla.

Veel futuroloogiat: lugege nutitelefoni tehnoloogia tuleviku kohta

Viited

  1. B.L. Mehdi, J. Qian, E. Nasybulin, 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 ja N. D. Browning, liitiumpatareide nanoskaala protsesside vaatlemine ja kvantifitseerimine Operando Electrochemical (S) TEM poolt, Nano Letters, 2015. 15 (3): lk. 2168-2173.
  2. G. Zheng, S.W. Lee, Z. Liang, H.-W. Lee, K. Yan, H. Yao, H. Wang, W. Li, S. Chu ja Y. Cui, omavahel ühendatud õõnsa süsiniku nanosfäärid stabiilsete liitiummetallanoodide jaoks, Nat Nano, 2014. 9 (8): lk. 618-623.
  3. B. Campbell, J. Bell, H. Hosseini laht, Z. Soosib R. Ionescu, C.S. Ozkan ja M. Ozkan, SiO2-ga kaetud väävliosakesed kergelt redutseeritud grafeenoksiidiga liitium-väävlipatareide katoodimaterjalina, Nanoscale, 2015.
  4. Y. Yang, G. Zheng ja Y. Cui, nanostruktureeritud väävlikatoodid, Chemical Society Reviews, 2013. 42 (7): lk. 3018-3032.
  5. W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, Z.W. Seh, H. Yao ja Y. Cui, Erinevate juhtivate polümeeride rolli mõistmine nanostruktureeritud väävlikatoodi jõudluse parandamisel, Nano Letters, 2013. 13 (11): lk. 5534-5540.
instagram story viewer