Futurology 1.1: Daha küçük, daha yüksek kapasiteli piller her zamankinden daha yakın

Yılın başında Akıllı Telefon Fütürolojisi dizi, biz tartışıldı akıllı telefonlarda pilin arkasındaki teknoloji ve gelecekte neler olacağı. Bu makale, akıllı telefonların büyük çoğunluğuna güç sağlayanlar gibi, lityum kimyasına dayalı pillerdeki son gelişmelerden bazılarına bakan bu parçanın hızlı bir güncellemesidir.

Telefonunuzun pil ömrünü zaman içinde neyin azalttığını ve ne kadar yüksek kapasitede olduğunu daha yakından inceleyeceğiz. Lityum Sülfür piller ve Lityum metal anotlar gibi teknolojiler her zamankinden daha yakın pratik. Moladan sonra bize katılın.

Daha Fazla Oku: Telefon pil teknolojisindeki en son gelişmeler

Resim kredisi: Ortak Enerji Depolama Araştırma Merkezi

ABD'deki Ortak Enerji Depolama Araştırma Merkezi liderliğindeki bir grup, lityum pillerin zamanla bozulmasının ardındaki süreçler hakkında kanıt toplamayı başardı.^[1]. Orijinal makalemde, lityum metal anotlarda zamanla pil kapasitesini azaltan dendritik (ağaç gibi dallanma) büyümelerinden bahsetmiştim.

Li-po elektrot üzerinde zamanla lityum metal birikimi
Kredi: Ortak Enerji Depolama Araştırma Merkezi

Ekip, STEM (taramalı transmisyon elektron mikroskobu - bunun için bir yöntem) kullanarak yeni bir yöntem geliştirdi. inanılmaz derecede küçük yapıları analiz ederek) bir lityum polimer pilde bu birikintileri gözlemlemek için zaman.

Bir lityum pilin anodu, toplam kapasiteyi belirleyen şeydir ve bu büyümeler, anodun lityum iyonlarını ne kadar verimli bir şekilde depolayabildiğini ve dolayısıyla pilin kapasitesini ne kadar azalttığını bozar. Ayrıca, lityum metalin bu dendritik büyümelerinin tehlikeli olabileceği ve pilin balonlaşmasına veya daha da kötüsü patlamasına neden olan dahili arızalara neden olabileceği gösterilmiştir.^[2].

Ekip, bu tür süreçleri gözlemlemek için bu çığır açan yeteneklerle, kontrol eden faktörleri belirleyebildi. Alandaki araştırmacıların ticari lityum bazlı ürünlerin uzun ömürlülüğünü ve güvenliğini artırmasına yardımcı olacak bu büyümeler piller.

Resim kredisi: Kaliforniya Üniversitesi

Lityum sülfür teknolojisi hakkında yayınlanan makalelerin sayısında çarpıcı bir artış oldu ve daha önce açıklandığı gibi teknoloji, yaygın olarak benimsenen lityum polimerin yerini alan, lityum pil teknolojisindeki bir sonraki yineleme olarak görülüyor hücreler. Özetlemek için:

Lityum-kükürt, üretimi kadar kolay olduğu ve daha yüksek şarj kapasitesine sahip olduğu için mevcut teknolojiler için son derece çekici bir alternatiftir. Daha da iyisi, kısa devre ve delinmelerden kaynaklanan yangın riskini önemli ölçüde azaltan yüksek derecede uçucu çözücüler gerektirmez.

Lityum-sülfür ve gelecekteki diğer pil teknolojileri hakkında daha fazla bilgi

Son zamanlarda, California Üniversitesi'nden bir grup, lityum-kükürt kimyası ile ilgili sorunlardan birini çözdü ve geçen ay bir makale yayınladı.^[3].

Li-S pillerin uzun ömürlülüğü ile ilgili sorunlar çözüldükçe, teknoloji pratik bir gerçeklik olma yolunda ilerlemektedir.

Şarj ve deşarj işlemlerinde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar sırasında polisülfit zincirleri oluşur. Bu zincirler, elektrolit boyunca bozulmadan akmalıdır ve sorunun bulunduğu yer burasıdır, polisülfit bazen çözelti içinde çözülebilir.^{[4, 5]} ve pil ömrünü büyük ölçüde etkiler.

Grup, bu polisülfitleri ince bir silikon dioksit tabakası kullanarak nanosferlere kaplamak için bir yöntem geliştirdi (esasen cam), polisülfidi elektrolitten uzak tutarken, aralarında kolayca hareket edebilir. elektrotlar. Bu tür sorunlar çok sayıda çalışkan araştırma grubu tarafından sürekli olarak çözülürken, lityum-sülfür pillerin geleceği telefonlarımızda her geçen gün daha da yakınlaşıyor.

Resim kredisi: SolidEnergy Sistemleri

Pil fütürolojisi yazısından hatırlarsanız, lityum metali anot olarak kullanabilmenin getirdikleri ekstra kapasite nedeniyle anot malzemelerinin "kutsal kasesi" olduğundan bahsetmiştim.

SolidEnergy Systems Corp. Normal grafit ve kompozit anotların yerini ince bir lityum metal anotla değiştiren "anodsuz" lityum pillerini sergiliyorlar. Enerji yoğunluğunu bir grafit anoda kıyasla iki katına çıkardıklarını ve silikon kompozit anoda kıyasla% 50 oranında olduklarını iddia ediyorlar.

En yeni 'anodsuz' piller, şu anda telefonunuzda bulunanların enerji yoğunluğunu ikiye katladığını iddia ediyor.

SolidEnergy'nin yayınladığı yukarıdaki resim, boyuttaki büyük azalmayı göstermeye yardımcı oluyor, ancak biraz yanıltıcı olduğunu söylemeliyim. Hem Xiaomi hem de Samsung pilleri değiştirilebilir olacak şekilde tasarlanmıştır, bu nedenle ek bir plastiğe sahip olacaktır. kabuk ve bir şarj devresi veya hatta (bazı Samsung pillerinde) bir NFC gibi ek elektronikler anten.

Bununla birlikte, iPhone'un 1.8 Ah dahili bataryası ile 2.0 Ah SolidEnergy batarya paketi arasındaki önemli boyut farkını görebilirsiniz. BBC'nin haber raporu.

Birkaç üreticinin amiral gemisi telefonlarıyla - Samsung'un Galaxy S6 ve Apple'ın iPhone 6 - daha ince tasarımlara doğru ilerlerken, daha yoğun pillere olan ihtiyaç daha da artıyor. Daha küçük bir alana daha fazla pil gücü sığdırmak, aynı zamanda daha büyük "phablet" tarzı telefonlardan birkaç gün kullanım imkanı sağlarken geleceğin güce aç işlemcileri.

Korkunç ölü akıllı telefon pilinden kaçınmanın her zamankinden daha kolay olacağı bir geleceğe bakıyoruz.

Ve lityum sülfürlü piller söz konusu olduğunda, kısa devre veya delinme nedeniyle yangın riski azalır cihazlarımızı daha güvenli ve üreticilerin taşıması için daha az tehlikeli (ve maliyetli) hale getirmelidir.

Bunu, daha hızlı şarj etmeye yönelik son gelişmelerle birleştirin ve kablosuz şarjın büyümesi Son yıllarda ve bitmiş bir akıllı telefon pilinden kaçınmanın her zamankinden daha kolay olacağı bir geleceğe bakıyoruz.

Peki bu yeni teknolojilerin kullanılabilir hale geldiğini ne zaman görmeye başlayacağız? SolidEnergy, "anotsuz" çözümünün 2016'da piyasaya çıkacağını tahmin ediyor ve bu teknolojiyle ilgili son gelişmeler göz önüne alındığında, Li-S piller için de benzer bir zaman çizelgesi arıyoruz. Bu, gelecek yıl gerçek mobil cihazlarda gönderilecekleri anlamına gelmez - yine de, hepimizin beklediği pil teknolojisindeki devrim çok uzakta olamaz.

Daha Fazla Fütüroloji: Akıllı telefon teknolojisinin geleceği hakkında bilgi edinin

Referanslar

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 ve N.D. Browning, Operando Electrochemical (S) TEM, Nano Letters, 2015 tarafından Lityum Pillerdeki Nano Ölçekli Süreçlerin Gözlemlenmesi ve Nicelendirilmesi. 15 (3): s. 2168-2173.
2. G. Zheng, S.W. Lee, Z. Liang, H.-W. Pırasa. Yan, H. Yao, H. Wang, W. Li, S. Chu ve Y. Cui, Stabil lityum metal anotlar için birbirine bağlı içi boş karbon nanoküreler, Nat Nano, 2014. 9 (8): s. 618-623.
3. B. Campbell, J. Bell, H. Hosseini Körfezi, Z. İyilik, R. İonescu, C.S. Özkan ve M. Özkan, SiO2 kaplı kükürt parçacıkları, lityum-kükürt piller için katot malzemesi olarak hafifçe indirgenmiş grafen oksit, Nanoscale, 2015.
4. Y. Yang, G. Zheng ve Y. Cui, Nanoyapılı sülfür katotları, Chemical Society Reviews, 2013. 42 (7): p. 3018-3032.
5. W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, Z.W. Seh, H. Yao ve Y. Cui, Nanoyapılı Sülfür Katot Performansını İyileştirmede Farklı İletken Polimerlerin Rolünü Anlamak, Nano Mektupları, 2013. 13 (11): s. 5534-5540.