Futuroloģija 1.1: Mazākas, lielākas ietilpības baterijas ir tuvāk nekā jebkad agrāk

Atpakaļ mūsu gada sākumā Viedtālruņa futuroloģija sērija, mēs apspriests viedtālruņu akumulatora tehnoloģija un nākotnes iespējas. Šis raksts ir ātrs šī gabala atjauninājums, aplūkojot dažus jaunākos akumulatoru akumulatorus, kuru pamatā ir litija ķīmija, piemēram, tos, kas darbina lielāko daļu viedtālruņu.

Mēs rūpīgāk izpētīsim, kas laika gaitā samazina tālruņa akumulatora darbības laiku un cik tas ir liels tādas tehnoloģijas kā litija sēra baterijas un litija metāla anodi ir tuvāk nekā jebkad agrāk praktiski. Pievienojieties mums pēc pārtraukuma.

Lasīt vairāk: jaunākie sasniegumi tālruņa akumulatoru tehnoloģijā

Attēlu kredīts: Apvienotais enerģijas uzkrāšanas pētījumu centrs

Grupai, ko vada Apvienotais enerģijas uzkrāšanas pētījumu centrs ASV, izdevās apkopot pierādījumus par litija bateriju pasliktināšanās procesiem laika gaitā^[1]. Savā sākotnējā rakstā es minēju dendrīta (sazarojas kā koks) izaugumus uz litija metāla anodiem laika gaitā, samazinot akumulatora jaudu.

Litija metāla nogulsnēšanās uz Li-po elektroda laika gaitā
Kredīts: Apvienotais enerģijas uzkrāšanas pētījumu centrs

Komanda izstrādāja jaunu metodi, izmantojot STEM (skenējošās pārraides elektronu mikroskopija - metode analizējot neticami mazas struktūras), lai novērotu šīs nogulsnes litija polimēra akumulatorā laiks.

Litija akumulatora anods nosaka kopējo jaudu, un šie izaugumi izjauc to, cik efektīvi anods spēj uzglabāt litija jonus, tādējādi samazinot akumulatora jaudu. Ir arī pierādīts, ka šie litija metāla dendritiskie izaugumi var būt bīstami un izraisīt iekšējas kļūmes, kas noved pie akumulatora balona vai pat vēl ļaunāk eksplodēšanas^[2].

Ar šīm izrāviena spējām novērot šādus procesus komanda varēja noteikt faktorus, kas kontrolē šīs izaugsmes, kas palīdzēs nozares zinātniekiem uzlabot komerciālā litija ilgmūžību un drošību baterijas.

Attēlu kredīts: Kalifornijas Universitāte

Ir dramatiski pieaudzis publicēto rakstu skaits par litija sēra tehnoloģiju un kā paskaidrots iepriekš tehnoloģija tiek uzskatīta par nākamo atkārtojumu litija akumulatoru tehnoloģijā, aizstājot plaši pieņemto litija polimēru šūnas. Atkārtoti:

Litija sērs ir ārkārtīgi pievilcīgs pašreizējo tehnoloģiju aizstājējs, jo to ir tikpat viegli ražot un ar lielāku uzlādes jaudu. Vēl labāk, tam nav nepieciešami ļoti gaistoši šķīdinātāji, kas krasi samazina ugunsgrēka risku no īssavienojumiem un punkcijām.

Vairāk par litija sēru un citām nākotnes akumulatoru tehnoloģijām

Nesen Kalifornijas Universitātes grupa ir atrisinājusi vienu no litija un sēra ķīmijas jautājumiem, pagājušajā mēnesī par to publicējot dokumentu^[3].

Tā kā Li-S akumulatoru ilgmūžības jautājumi tiek atrisināti, tehnoloģija virzās tālāk uz praktisku realitāti.

Ķīmisko reakciju laikā, kas notiek lādēšanas un izlādes procesos, veidojas polisulfīdu ķēdes. Šīm ķēdēm jāplūst caur neskartu elektrolītu, un tieši šeit ir jautājums, ka polisulfīds dažreiz var izšķīst šķīdumā^{[4, 5]} un ievērojami ietekmē akumulatora ilgmūžību.

Grupa izstrādāja metodi šo polisulfīdu pārklāšanai nanosfērās, izmantojot plānu silīcija dioksīda slāni (būtībā stikls), kas attur polisulfīdu prom no elektrolīta, vienlaikus viegli pārvietojoties pa to starp elektrodi. Tā kā šādas problēmas pastāvīgi risina daudzas smagi strādājošas pētījumu grupas, litija sēra akumulatoru nākotne katru dienu ir mūsu tālruņos.

Attēlu kredīts: SolidEnergy Systems

Ja atceraties no akumulatora futuroloģijas raksta, es pieminēju, kā spēja izmantot litiju metālu kā anodu ir anoda materiālu "svētais grails", pateicoties viņu radītajai papildu jaudai.

SolidEnergy Systems Corp. ir izrādījuši savu "anodēto" litija akumulatoru, kas parasti aizstāj parastos grafīta un saliktos anodus ar plānu litija metāla anodu. Viņi apgalvo, ka tie dubulto enerģijas blīvumu salīdzinājumā ar grafīta anodu un par 50% salīdzinājumā ar silīcija kompozīta anodu.

Jaunākās baterijas bez anodiem apgalvo, ka enerģijas blīvums ir divreiz lielāks nekā pašreiz jūsu tālrunī.

Iepriekš redzamais SolidEnergy publicētais attēls palīdz parādīt krasu izmēru samazinājumu, lai gan man jāpiemin, ka tas ir nedaudz maldinošs. Gan Xiaomi, gan Samsung akumulatori ir paredzēti nomaināmiem, tāpēc tiem būtu papildu plastmasa apvalks un papildu elektronika, piemēram, uzlādes ķēde vai pat (dažās Samsung baterijās) NFC antena.

Tomēr, to teicis, jūs varat redzēt būtisko izmēru atšķirību starp iPhone 1,8 Ah iekšējo akumulatoru un 2,0 Ah SolidEnergy akumulatoru BBC ziņu ziņojums.

Ar vairāku ražotāju vadošajiem tālruņiem - ieskaitot Samsung Galaxy S6 un Apple iPhone 6 - virzoties uz plānākiem modeļiem, nepieciešamība pēc blīvākiem akumulatoriem kļūst vēl lielāka. Ja akumulatora enerģija tiek saspiesta mazākā vietā, paveras arī iespēja vairākas dienas ilgāk izmantot lielākos "phablet" stila tālruņus, vienlaikus nodrošinot vairāk sulas. varas izsalkuši nākotnes procesori.

Mēs skatāmies uz nākotni, kurā būs vieglāk nekā jebkad agrāk izvairīties no briesmīgā mirušā viedtālruņa akumulatora.

Runājot par litija un sēra baterijām, samazināts ugunsgrēka risks, ko rada īssavienojums vai caurduršana vajadzētu padarīt mūsu ierīces drošākas lietošanā un mazāk bīstamas (un dārgas) ražotājiem transportēšanai.

Apvienojiet to ar nesenajiem panākumiem ātrākas uzlādes un bezvadu uzlādes pieaugums pēdējos gados, un mēs skatāmies uz nākotni, kurā būs vieglāk nekā jebkad agrāk izvairīties no nolietota viedtālruņa akumulatora.

Tātad, kad mēs sāksim redzēt šīs jaunās tehnoloģijas kļūst pieejamas? SolidEnergy lēš, ka tā "bezods" risinājums nonāks tirgū 2016. gadā, un mēs aplūkojam līdzīgu grafiku arī Li-S akumulatoriem, ņemot vērā nesenos notikumus saistībā ar šo tehnoloģiju. Tas nenozīmē, ka nākamajā gadā tie tiks piegādāti faktiskajās mobilajās ierīcēs - tomēr visu to gaidītā akumulatoru tehnoloģiju revolūcija nevar būt tālu.

Vairāk futuroloģijas: lasiet par viedtālruņu tehnoloģiju nākotni

Atsauces

1. B.L. Mehdi, Dž. Qian, E. Nasibulins, C. Parks, D.A. Welch, R. Faller, H. Mehta, W. A. ​​Hendersone, W. Xu, C.M. Vans, Dž.E.Evanss, Dž. Liu, Dž. Džans, K. T. Muellers un N. D. Braunings, nanoskaalu procesu novērošana un kvantifikācija litija baterijās ar Operando Electroochemical (S) TEM, Nano Letters, 2015. 15. panta 3. punkts: lpp. 2168-2173.
2. G. Zheng, S.W. Lī, Z. Liang, H.-W. Lī, K. Yan, H. Jao, H. Wang, W. Li, S. Ču un Y. Cui, savstarpēji savienotas dobās oglekļa nanosfēras stabiliem litija metāla anodiem, Nat Nano, 2014. 9. panta 8. punkts: 618-623.
3. B. Kempbels, Dž. Bell, H. Hosseini līcis, Z. Atbalsta R. Jonesku, C. S. Ozkans un M. Ozkan, SiO2 pārklātas sēra daļiņas ar nedaudz reducētu grafēna oksīdu kā katoda materiālu litija sēra baterijām, Nanoscale, 2015.
4. Y. Yang, G. Džengs un Y. Cui, nanostrukturēti sēra katodi, Chemical Society Reviews, 2013. 42 (7): lpp. 3018-3032.
5. W. Li, Q. Džans, Dž. Džengs, Z. W. Seh, H. Jao un Y. Cui, Izpratne par dažādu vadošu polimēru lomu nanostrukturētā sēra katoda veiktspējas uzlabošanā, Nano Letters, 2013. 13. (11): lpp. 5534-5540.