Futurologija 1.1: mažesnės, didesnės talpos baterijos yra arčiau nei bet kada anksčiau

Mūsų metų pradžioje Išmaniųjų telefonų futurologija serijos, mes aptarta išmaniųjų telefonų akumuliatoriaus technologija ir kas bus ateityje. Šis straipsnis yra greitas šio kūrinio atnaujinimas, apžvelgiant kai kuriuos naujausius akumuliatorius, pagrįstus ličio chemija, pavyzdžiui, tuos, kurie maitina daugumą išmaniųjų telefonų.

Mes atidžiau pažvelgsime į tai, kas laikui bėgant sutrumpina jūsų telefono baterijos veikimo laiką ir kaip didelės talpos tokios technologijos kaip ličio sieros akumuliatoriai ir ličio metalo anodai yra arčiau bet kada praktiška. Prisijunkite prie mūsų po pertraukos.

Skaityti daugiau: naujausi telefono akumuliatorių technologijos laimėjimai

Vaizdo kreditas: Jungtinis energijos kaupimo tyrimų centras

Jungtinio JAV energijos kaupimo tyrimų centro vadovaujamai grupei pavyko surinkti įrodymų apie procesus, lemiančius ličio baterijų pablogėjimą laikui bėgant.^[1]. Savo pradiniame straipsnyje minėjau dendritinius (išsišakojančius kaip medis) augimus ant ličio metalinių anodų, laikui bėgant sumažinant baterijos talpą.

Ličio metalo nusėdimas ant Li-po elektrodo laikui bėgant
Kreditas: Jungtinis energijos kaupimo tyrimų centras

Komanda sukūrė naują metodą, naudodama STEM (nuskaitymo perdavimo elektronų mikroskopija - metodas) analizuojant neįtikėtinai mažas struktūras), kad būtų galima stebėti šias nuosėdas ličio polimero baterijoje laikas.

Ličio baterijos anodas lemia bendrą pajėgumą, o šie augimai sutrikdo, kaip efektyviai anodas sugeba kaupti ličio jonus, taigi sumažina akumuliatoriaus talpą. Taip pat buvo įrodyta, kad šie dendritiniai ličio metalo ataugos gali būti pavojingi ir sukelti vidinius gedimus, dėl kurių akumuliatorius gali susprogdinti arba dar blogiau sprogti^[2].

Turėdama šiuos proveržio sugebėjimus stebėti tokius procesus, komanda sugebėjo nustatyti veiksnius, kurie kontroliuoja šie augimai padės šios srities mokslininkams pagerinti komercinio ličio pagrindo ilgaamžiškumą ir saugumą baterijos.

Vaizdo kreditas: Kalifornijos universitetas

Ir kaip paaiškinta anksčiau, dramatiškai išaugo paskelbtų straipsnių apie ličio sieros technologiją skaičius ši technologija laikoma sekančia ličio baterijų technologijos iteracija, pakeičiančia plačiai pritaikytą ličio polimerą ląstelių. Norėdami pakartoti:

Ličio siera yra nepaprastai patraukli dabartinių technologijų pakaitalas, nes ją ne mažiau lengva gaminti, ji turi didesnę įkrovimo galią. Dar geriau, tam nereikia labai lakių tirpiklių, kurie smarkiai sumažina gaisro riziką, atsirandantį dėl trumpų jungčių ir pradūrimų.

Daugiau apie ličio sieros ir kitas būsimas baterijų technologijas

Neseniai Kalifornijos universiteto grupė išsprendė vieną iš klausimų, susijusių su ličio ir sieros chemija, praėjusį mėnesį paskelbdami apie tai straipsnį^[3].

Kai išsprendžiami Li-S baterijų ilgaamžiškumo klausimai, technologijos eina toliau į praktinę realybę.

Vykstant įkrovimo ir iškrovimo procesams vykstančioms cheminėms reakcijoms, susidaro polisulfido grandinės. Šios grandinės turi tekėti nepažeistu elektrolitu ir čia kyla klausimas, polisulfidas kartais gali ištirpti tirpale^{[4, 5]} ir labai veikia baterijos ilgaamžiškumą.

Grupė sukūrė šių polisulfidų padengimo nanosferose metodą, naudojant ploną silicio dioksido sluoksnį (iš esmės stiklas), kuris išlaiko polisulfidą nuo elektrolito ir tuo pačiu gali lengvai judėti tarp elektrolito elektrodai. Kadangi daugelį sunkiai dirbančių tyrimų grupių tokius klausimus nuolat sprendžia, ličio sieros baterijų ateitis mūsų telefonuose kiekvieną dieną tampa vis artimesnė.

Vaizdo kreditas: „SolidEnergy Systems“

Jei atsimenate iš akumuliatoriaus futurologijos straipsnio, minėjau, kaip galimybė naudoti ličio metalą kaip anodą yra anodo medžiagų „šventasis gralis“ dėl papildomo jų atnešto pajėgumo.

„SolidEnergy Systems Corp.“ demonstravo „anodinę“ ličio bateriją, kuri įprastus grafito ir sudėtinius anodus iš esmės pakeičia plonu ličio metaliniu anodu. Jie teigia, kad jie dvigubai padidina energijos tankį, palyginti su grafito anodu, ir 50%, palyginti su silicio kompoziciniu anodu.

Naujausios „anodinės“ baterijos teigia, kad energijos tankis yra dvigubai didesnis nei jūsų telefone.

Aukščiau pateiktas „SolidEnergy“ paskelbtas vaizdas padeda parodyti drastišką dydžio sumažėjimą, nors turėčiau paminėti, kad jis šiek tiek klaidina. Tiek „Xiaomi“, tiek „Samsung“ baterijos yra suprojektuotos taip, kad būtų keičiamos, todėl turėtų papildomą plastiką apvalkalą ir papildomą elektroniką, pvz., įkrovimo grandinę ar net (kai kuriose „Samsung“ baterijose) NFC antena.

Tačiau tai pasakę, galite pamatyti didelį „iPhone“ 1,8 Ah vidinės baterijos ir 2,0 Ah „SolidEnergy“ akumuliatorių paketo dydį. BBC naujienų reportažas.

Su kelių gamintojų pavyzdiniais telefonais - įskaitant „Samsung“ „Galaxy S6“ ir „Apple“ „iPhone 6“ - siekiant plonesnių konstrukcijų, tankesnių baterijų poreikis tampa dar didesnis. Sumažinę daugiau akumuliatoriaus energijos mažesnėje srityje, taip pat atsiveria galimybė kelias dienas naudotis didesniais „phablet“ stiliaus rageliais, tuo pačiu suteikiant daugiau sulčių valdžios ištroškę ateities procesoriai.

Mes žvelgiame į ateitį, kurioje bus lengviau nei bet kada išvengti išsigandusio išsikrovusio išmaniojo telefono akumuliatoriaus.

Kalbant apie ličio sieros baterijas, sumažėja gaisro rizika, atsirandanti dėl trumpojo jungimo ar pradūrimo turėtų padaryti mūsų prietaisus saugesnius naudoti ir mažiau pavojingus (ir brangius) gamintojams transportuoti.

Sujunkite tai su naujausia pažanga siekiant greitesnio įkrovimo ir belaidžio įkrovimo augimas pastaraisiais metais ir mes žvelgiame į ateitį, kurioje bus lengviau nei bet kada išvengti išsikrovusio išmaniojo telefono akumuliatoriaus.

Taigi kada pradėsime matyti šias naujas technologijas? „SolidEnergy“ skaičiuoja, kad „bevandenis“ sprendimas pasirodys rinkoje 2016 m., Ir mes žiūrime į panašų „Li-S“ baterijų tvarkaraštį, atsižvelgiant į naujausius šios technologijos pokyčius. Tai nereiškia, kad ateinančiais metais jie bus pristatomi realiuose mobiliuosiuose įrenginiuose - vis dėlto mūsų visų laukta akumuliatorių technologijos revoliucija negali būti toli.

Daugiau futurologijos: skaitykite apie išmaniųjų telefonų technologijų ateitį

Nuorodos

1. B.L. Mehdi, Dž. Qian, E. Nasybulinas, C. Parkas, D.A. Welchas, R. Faller, H. Mehta, W. A. ​​Henderson, W. Xu, C.M. Wang, J. E. Evans, J. Liu, J.G. Zhangas, K. T. Mueller ir N. D. Browning, Nanoskalės procesų ličio baterijose stebėjimas ir kiekybinis įvertinimas pagal Operando Electrochemical (S) TEM, Nano Letters, 2015. 15 straipsnio 3 dalis: p. 2168-2173.
2. G. Zheng, S.W. Lee, Z. Liangas, H.-W. Lee, K. Yan, H. Yao, H. Wang, W. Li, S. Chu ir Y. Cui, tarpusavyje sujungtos tuščiavidurės anglies nanosferos stabiliems ličio metalo anodams, Nat Nano, 2014 m. 9 (8): p. 618-623.
3. B. Campbell, Dž. Varpas, H. Hosseini įlanka, Z. Palaiko R. Ionescu, C.S. Ozkanas ir M. „Ozkan“, SiO2 padengtos sieros dalelės su šiek tiek redukuotu grafeno oksidu, kaip ličio sieros baterijų katodo medžiaga, „Nanoscale“, 2015 m.
4. Y. Yang, G. Zhengas ir Y. Cui, nanostruktūriniai sieros katodai, Chemical Society Reviews, 2013. 42 (7): p. 3018-3032.
5. W. Li, Q. Zhangas, G. Zheng, Z.W. Sehas, H. Yao ir Y. Cui. Suprasti skirtingų laidžių polimerų vaidmenį gerinant nanostruktūruoto sieros katodo veikimą, „Nano Letters“, 2013 m. 13 (11): p. 5534-5540.