De volta ao início do ano em nosso Futurologia para smartphones série nós discutido a tecnologia por trás da bateria em smartphones e o que está por vir. Este artigo é uma atualização rápida desse artigo, examinando alguns dos desenvolvimentos recentes em baterias baseadas na química de lítio - como as que alimentam a grande maioria dos smartphones.
Veremos mais detalhadamente o que reduz a vida útil da bateria do seu telefone ao longo do tempo e a alta capacidade tecnologias como baterias de enxofre de lítio e ânodos de metal de lítio estão mais perto do que nunca de se tornar prático. Junte-se a nós após o intervalo.
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Por que a capacidade da bateria diminui com o tempo
Crédito da imagem: Centro Conjunto para Pesquisa de Armazenamento de Energia
Um grupo liderado pelo Joint Center for Energy Storage Research nos Estados Unidos conseguiu reunir evidências sobre os processos por trás da deterioração das baterias de lítio ao longo do tempo
[1]. No meu artigo original, mencionei os crescimentos dendríticos (ramificação como uma árvore) em ânodos de metal de lítio ao longo do tempo, reduzindo a capacidade da bateria.A Verizon está oferecendo o Pixel 4a por apenas US $ 10 / mês nas novas linhas Unlimited
Deposição de metal de lítio no eletrodo Li-po ao longo do tempo
Crédito: Centro Conjunto para Pesquisa de Armazenamento de Energia
A equipe desenvolveu um novo método usando STEM (microscopia eletrônica de transmissão de varredura - um método para analisando estruturas incrivelmente pequenas) para observar esses depósitos em uma bateria de polímero de lítio ao longo Tempo.
O ânodo de uma bateria de lítio é o que determina a capacidade total, e esses crescimentos interrompem a eficiência com que o ânodo é capaz de armazenar íons de lítio e, assim, reduzir a capacidade da bateria. Também foi demonstrado que esses crescimentos dendríticos de metal de lítio podem ser perigosos e causar falhas internas que levam ao inchaço da bateria ou, pior ainda, à explosão[2].
Com essas habilidades inovadoras para observar tais processos, a equipe foi capaz de determinar os fatores que controlam esses crescimentos que ajudarão os pesquisadores no campo a melhorar a longevidade e a segurança de produtos comerciais à base de lítio baterias.
Melhorias no Lítio-Enxofre
Crédito da imagem: Universidade da Califórnia
Houve um aumento dramático no número de artigos publicados sobre a tecnologia de enxofre de lítio e, conforme explicado anteriormente a tecnologia é vista como a próxima iteração em tecnologia de bateria de lítio, substituindo o polímero de lítio amplamente adotado células. Para recapitular:
O lítio-enxofre é um substituto extremamente atraente para as tecnologias atuais, pois é tão fácil de produzir e tem uma capacidade de carga maior. Melhor ainda, não requer solventes altamente voláteis que reduzem drasticamente o risco de incêndio por curto-circuito e perfurações.
Mais sobre lítio-enxofre e outras tecnologias futuras de bateria
Recentemente, um grupo da Universidade da Califórnia resolveu um dos problemas que envolvem a química do lítio-enxofre, publicando um artigo sobre o assunto no mês passado[3].
À medida que os problemas com a longevidade das baterias Li-S são resolvidos, a tecnologia avança para se tornar uma realidade prática.
Durante as reações químicas que ocorrem nos processos de carga e descarga, cadeias de polissulfeto são formadas. Essas cadeias devem fluir através do eletrólito intactas e é aí que está o problema, o polissulfeto às vezes pode se dissolver na solução[4, 5] e tem um grande impacto na longevidade da bateria.
O grupo desenvolveu um método de revestimento desses polissulfetos em nanoesferas usando uma fina camada de dióxido de silício (essencialmente vidro), que mantém o polissulfeto longe do eletrólito, sendo capaz de se mover facilmente através dele entre os eletrodos. Com problemas como esses sendo constantemente resolvidos por vários grupos de pesquisa que trabalham duro, o futuro das baterias de lítio-enxofre em nossos telefones está cada vez mais próximo.
Ânodos de metal de lítio chegando à fruição
Crédito da imagem: SolidEnergy Systems
Se você se lembra do artigo de futurologia da bateria, mencionei como a capacidade de usar metal de lítio como ânodo é o "Santo Graal" dos materiais do ânodo devido à capacidade extra que eles trazem.
SolidEnergy Systems Corp. têm mostrado sua bateria de lítio "sem anodo", que essencialmente substitui o grafite normal e os ânodos compostos por um ânodo de metal de lítio fino. Eles afirmam que dobram a densidade de energia em comparação com um ânodo de grafite e 50% em comparação com um ânodo composto de silício.
As mais recentes baterias 'anodeless' afirmam dobrar a densidade de energia do seu telefone agora.
A imagem acima que a SolidEnergy publicou ajuda a mostrar a redução drástica de tamanho, embora eu deva mencionar que é um pouco enganosa. Ambas as baterias Xiaomi e Samsung são projetadas para serem substituídas, portanto, teriam um plástico adicional shell e eletrônicos adicionais, como um circuito de carregamento ou mesmo (em algumas baterias Samsung) um NFC antena.
No entanto, tendo dito isso, você pode ver a diferença de tamanho substancial entre a bateria interna de 1,8 Ah do iPhone e a bateria SolidEnergy de 2,0 Ah em o noticiário da BBC.
O que tudo isso significa
Com telefones de vários fabricantes - incluindo Galaxy S6 da Samsung e IPhone 6 da Apple - empurrando para designs mais finos, a necessidade de baterias mais densas está se tornando ainda maior. Colocar mais bateria em uma área menor também abre a possibilidade de obter vários dias de uso de aparelhos maiores do tipo "phablet", ao mesmo tempo em que fornece mais energia para o processadores famintos de energia do futuro.
Estamos olhando para um futuro em que será mais fácil do que nunca evitar a temida bateria esgotada do smartphone.
E quando se trata de baterias de lítio-enxofre, o risco reduzido de incêndio por curto-circuito ou perfuração deve tornar nossos dispositivos mais seguros para uso e menos perigosos (e caros) para os fabricantes transportarem.
Combine isso com o progresso recente em direção a um carregamento mais rápido e o crescimento do carregamento sem fio nos últimos anos, e estamos olhando para um futuro em que será mais fácil do que nunca evitar o esgotamento da bateria do smartphone.
Então, quando começaremos a ver essas novas tecnologias se tornando disponíveis? A SolidEnergy estima que sua solução "anodeless" chegará ao mercado em 2016, e estamos prevendo um cronograma semelhante para baterias Li-S também, dados os desenvolvimentos recentes em torno dessa tecnologia. Isso não quer dizer que eles serão lançados em dispositivos móveis reais no próximo ano - no entanto, a revolução na tecnologia de bateria que todos esperávamos não pode estar longe.
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Referências
- 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, e N.D. Browning, Observação e quantificação de processos em nanoescala em baterias de lítio por Operando Electrochemical (S) TEM, Nano Letters, 2015. 15 (3): pág. 2168-2173.
- G. Zheng, S.W. Lee, Z. Liang, H.-W. Alho-poró. Yan, H. Yao, H. Wang, W. Li, S. Chu e Y. Cui, Interconnected hollow carbon nanospheres for stable lithium metal anodes, Nat Nano, 2014. 9 (8): pág. 618-623.
- B. Campbell, J. Bell, H. Hosseini Bay, Z. Favors, R. Ionescu, C.S. Ozkan e M. Ozkan, partículas de enxofre revestidas com SiO2 com óxido de grafeno levemente reduzido como um material catódico para baterias de lítio-enxofre, Nanoscale, 2015.
- Y. Yang, G. Zheng e Y. Cui, Nanostructured sulfur cathodes, Chemical Society Reviews, 2013. 42 (7): pág. 3018-3032.
- W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, Z.W. Seh, H. Yao e Y. Cui, Compreendendo o papel dos diferentes polímeros condutores na melhoria do desempenho do cátodo de enxofre nanoestruturado, Nano Letters, 2013. 13 (11): p. 5534-5540.