Articol

Futurology 1.1: Bateriile mai mici, cu capacitate mai mare, sunt mai aproape ca niciodată

protection click fraud
Baterii

Înapoi la începutul anului în Smartphone Futurology serie, noi discutat tehnologia din spatele bateriei smartphone-urilor și ce va urma în viitor. Acest articol este o actualizare rapidă a acelei piese, analizând unele dintre evoluțiile recente ale bateriilor bazate pe chimia litiului - cum ar fi cele care alimentează marea majoritate a smartphone-urilor.

Vom analiza mai îndeaproape ceea ce reduce durata de viață a bateriei telefonului dvs. în timp și cât de mare este capacitatea tehnologii precum bateriile cu sulf de litiu și anodii de litiu-metal sunt mai aproape ca niciodată de a deveni practic. Vino cu noi după pauză.

Citiți mai multe: Cele mai recente descoperiri în tehnologia bateriei telefonului

De ce scade capacitatea bateriei în timp

Creșterea dendritei

Credit de imagine: Centrul comun pentru cercetarea stocării energiei

Un grup condus de Joint Center for Energy Storage Research din SUA a reușit să adune dovezi cu privire la procesele din spatele deteriorării bateriilor cu litiu de-a lungul timpului[1]

. În articolul meu original, am menționat creșterile dendritice (ramificate ca un copac) pe anodii de litiu metalici în timp, reducând capacitatea bateriei.

Verizon oferă Pixel 4a la doar 10 USD / lună pe noile linii nelimitate

Dendrite
Depunere de litiu metal pe electrodul Li-po în timp
Credit: Centrul comun pentru cercetarea stocării energiei

Echipa a dezvoltat o nouă metodă folosind STEM (microscopie electronică de transmisie cu scanare - o metodă pentru analizând structuri incredibil de mici) pentru a observa aceste depozite într-o baterie litiu-polimer timp.

Anodul unei baterii cu litiu este ceea ce determină capacitatea totală, iar aceste creșteri perturbă cât de eficient este anodul capabil să stocheze ioni de litiu și astfel să reducă capacitatea bateriei. De asemenea, s-a demonstrat că aceste creșteri dendritice ale litiului metalic pot fi periculoase și pot provoca defecțiuni interne care duc la explozia bateriei sau chiar mai rău, la explozie[2].

Cu aceste abilități avansate de a observa astfel de procese, echipa a fost capabilă să determine factorii care controlează aceste creșteri care vor ajuta cercetătorii din domeniu să îmbunătățească longevitatea și siguranța bazate pe litiu comercial baterii.

Îmbunătățiri în litiu-sulf

Sulf de litiu

Credit de imagine: Universitatea din California

A existat o creștere dramatică a numărului de lucrări publicate despre tehnologia cu sulf de litiu și așa cum sa explicat anterior tehnologia este privită ca următoarea iterație în tehnologia bateriilor cu litiu, înlocuind polimerul de litiu adoptat pe scară largă celule. A recapitula:

Litiul-sulf este un înlocuitor extrem de atractiv pentru tehnologiile actuale, deoarece este la fel de ușor de produs, are o capacitate de încărcare mai mare. Mai bine, nu necesită solvenți foarte volatili care reduc drastic riscul de incendiu din scurtcircuit și puncții.

Mai multe despre litiu-sulf și alte tehnologii de baterii viitoare

Recent, un grup de la Universitatea din California a rezolvat una dintre problemele legate de chimia litiului-sulfului, publicând o lucrare despre aceasta luna trecută[3].

Pe măsură ce problemele legate de longevitatea bateriilor Li-S sunt rezolvate, tehnologia se îndreaptă mai departe spre a fi o realitate practică.

În timpul reacțiilor chimice care apar în procesele de încărcare și descărcare, se formează lanțuri polisulfidice. Aceste lanțuri trebuie să curgă prin electrolit intacte și aici se află problema, polisulfura uneori se poate dizolva în soluție[4, 5] și are un impact semnificativ asupra longevității bateriei.

Grupul a dezvoltat o metodă de acoperire a acestor polisulfuri în nanosfere folosind un strat subțire de dioxid de siliciu (în esență sticlă), care menține polisulfura departe de electrolit în timp ce se poate deplasa ușor prin el între electrozi. Cu probleme ca acestea rezolvate în mod constant de numeroase grupuri de cercetare, viitorul bateriilor litiu-sulf fiind în telefoanele noastre se apropie în fiecare zi.

Anodii de litiu metalici se realizează

Diagrama anodilor litiu-metalici

Credit de imagine: Sisteme SolidEnergy

Dacă vă amintiți din articolul despre futurologia bateriei, am menționat cum a putea folosi litiu metalic ca anod este „sfântul graal” al materialelor anodice datorită capacității suplimentare pe care o aduc.

SolidEnergy Systems Corp. și-au arătat bateria de litiu „fără anod”, care în esență înlocuiește anodii normali de grafit și compozite cu un anod subțire de litiu metalic. Ei susțin că dublează densitatea energiei în comparație cu un anod de grafit și 50% în comparație cu un anod compozit de siliciu.

Cele mai recente baterii „fără anod” pretind că dublează densitatea de energie a ceea ce este în telefonul dvs. chiar acum.

Compararea dimensiunii bateriei

Imaginea de mai sus, pe care SolidEnergy a publicat-o, ajută la evidențierea reducerii drastice a dimensiunii, deși ar trebui să menționez că este ușor înșelătoare. Atât bateriile Xiaomi, cât și cele Samsung sunt proiectate pentru a fi înlocuibile, deci ar avea un material plastic suplimentar carcasă și electronice suplimentare, cum ar fi un circuit de încărcare sau chiar (în unele baterii Samsung) un NFC antenă.

Cu toate acestea, după ce ați spus acest lucru, puteți vedea diferența substanțială de dimensiune între bateria internă a iPhone-ului de 1,8 Ah și bateria SolidEnergy de 2,0 Ah în reportajul BBC.

Ce înseamnă totul

Samsung Galaxy S6 și iPhone 6

Cu telefoane emblematice ale mai multor producători - inclusiv Samsung Galaxy S6 și IPhone 6 de la Apple - împingând spre modele mai subțiri, nevoia de baterii mai dense devine și mai mare. Adunarea mai multă energie a bateriei într-o zonă mai mică deschide, de asemenea, posibilitatea de a obține câteva zile de utilizare din telefoanele mai mari de tip „phablet”, oferind în același timp mai mult suc pentru procesoare înfometate de putere ale viitorului.

Ne uităm la un viitor în care va fi mai ușor ca niciodată să evităm temuta baterie de smartphone moartă.

Și când vine vorba de bateriile cu litiu-sulf, riscul redus de incendiu ca urmare a scurtcircuitării sau perforării ar trebui să facă dispozitivele noastre mai sigure de utilizat și mai puțin periculoase (și costisitoare) pentru transportatori.

Combinați acest lucru cu progresele recente către o încărcare mai rapidă și creșterea încărcării fără fir în ultimii ani și ne uităm la un viitor în care va fi mai ușor ca niciodată să evităm o baterie de smartphone moartă.

Deci, când vom începe să vedem că aceste noi tehnologii devin disponibile? SolidEnergy estimează că soluția sa „fără anod” va ajunge pe piață în 2016 și ne uităm la un calendar similar și pentru bateriile Li-S, având în vedere evoluțiile recente în jurul acestei tehnologii. Asta nu înseamnă că vor fi livrate pe dispozitive mobile reale în anul următor - cu toate acestea, revoluția în tehnologia bateriilor pe care o așteptăm cu toții nu poate fi departe.

More Futurology: Citiți despre viitorul tehnologiei smartphone-urilor

Referințe

  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 și N.D. Browning, observarea și cuantificarea proceselor la scară nano în bateriile cu litiu de către Operando Electrochemical (S) TEM, Nano Letters, 2015. 15 (3): p. 2168-2173.
  2. G. Zheng, S.W. Lee, Z. Liang, H.-W. Praz. Yan, H. Yao, H. Wang, W. Li, S. Chu și Y. Cui, nanosfere de carbon goale interconectate pentru anodi stabili de litiu metalici, Nat Nano, 2014. 9 (8): p. 618-623.
  3. B. Campbell, J. Bell, H. Golful Hosseini, Z. Favori, R. Ionescu, CS Ozkan și M. Ozkan, particule de sulf acoperite cu SiO2 cu oxid de grafen ușor redus ca material catodic pentru bateriile cu litiu-sulf, Nanoscale, 2015.
  4. Y. Yang, G. Zheng și Y. Cui, Catozi de sulf nanostructurați, Chemical Society Reviews, 2013. 42 (7): p. 3018-3032.
  5. W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, Z.W. Seh, H. Yao și Y. Cui, Înțelegerea rolului diferiților polimeri conductivi în îmbunătățirea performanței catodului de sulf nanostructurat, Nano Letters, 2013. 13 (11): p. 5534-5540.
instagram story viewer