Futurology 1.1: mazākas, lielākas ietilpības baterijas ir tuvāk nekā jebkad agrāk

Gada sākumā mūsu viedtālruņu futuroloģijas sērijā mēs apspriedām viedtālruņu akumulatora tehnoloģiju un to, kas notiks nākotnē. Šis raksts ir ātrs šī gabala atjauninājums, kurā apskatīti daži jaunākie notikumi akumulatoru jomā, kuru pamatā ir litija ķīmija, piemēram, tie, kas baro lielāko daļu viedtālruņu.

Mēs tuvāk apskatīsim, kas laika gaitā samazina jūsu tālruņa akumulatora darbības laiku, un cik lielas jaudas tehnoloģijas, piemēram, litija sēra baterijas un litija metāla anodi, ir tuvāk nekā jebkad agrāk, lai kļūtu praktiskas. Pievienojieties mums pēc pārtraukuma.

: Jaunākie sasniegumi tālruņu akumulatoru tehnoloģijās

Kāpēc laika gaitā samazinās jūsu akumulatora ietilpība?

Attēla kredīts: Kopīgais enerģijas uzkrāšanas pētījumu centrs

Grupai, kuru vadīja Apvienotais enerģijas uzkrāšanas pētījumu centrs ASV, izdevās savākt pierādījumus par procesiem, kas saistīti ar litija bateriju pasliktināšanos laika gaitā . Oriģinālajā rakstā es pieminēju dendritisko (sazarojošos kā koks) izaugumus uz litija metāla anodiem laika gaitā, samazinot akumulatora ietilpību.

Laika gaitā litija metāla nogulsnēšanās uz Li-po elektrodu

Kredīts: Kopīgais enerģijas uzkrāšanas pētījumu centrs

Komanda izstrādāja jaunu metodi, izmantojot STEM (skenējošās transmisijas elektronu mikroskopija - neticami mazu struktūru analīzes metode), lai laika gaitā novērotu šos nogulsnes litija polimēra akumulatorā.

Litija akumulatora anods nosaka kopējo ietilpību, un šie pieaugumi izjauc, cik efektīvi anods spēj uzglabāt litija jonus un tādējādi samazina akumulatora ietilpību. Ir arī pierādīts, ka šie litija metālu dendrītiskie izaugumi var būt bīstami un izraisīt iekšējas kļūmes, kas izraisa akumulatora balonēšanu vai, vēl sliktāk, eksplodēšanu .

Ar šīm izrāviena spējām novērot šādus procesus komanda ir spējusi noteikt faktorus, kas kontrolē šos pieaugumus, un tas palīdzēs pētniekiem šajā jomā uzlabot komerciālo litija bateriju ilgmūžību un drošību.

Uzlabojumi litija-sēra saturā

Attēla kredīts: Kalifornijas Universitāte

Ir dramatiski pieaudzis publicēto rakstu skaits par litija sēra tehnoloģiju, un, kā iepriekš paskaidrots, šī tehnoloģija tiek uzskatīta par nākamo atkārtojumu litija bateriju tehnoloģijā, aizstājot plaši pieņemtos litija polimēru elementus. Atgādinājums:

Litija sērs ir ārkārtīgi pievilcīgs pašreizējo tehnoloģiju aizstājējs, jo to ir tikpat viegli ražot, un tam ir lielāka uzlādes spēja. Vēl labāk, ja tas neprasa īpaši gaistošus šķīdinātājus, kas krasi samazina ugunsgrēka risku, ko rada saīsināšanās un caurduršana.

Vairāk par litija sēru un citām nākotnes akumulatoru tehnoloģijām

Nesen grupa no Kalifornijas universitātes ir atrisinājusi vienu no jautājumiem, kas saistīti ar litija un sēra ķīmiju, pagājušajā mēnesī publicējot par to rakstu .

Tā kā tiek atrisināti jautājumi par Li-S bateriju ilgmūžību, tehnoloģija virzās tālāk, lai kļūtu par praktisku realitāti.

Ķīmisko reakciju laikā, kas notiek lādēšanas un izlādes procesos, veidojas polisulfīdu ķēdes. Šīm ķēdēm ir jāplūst cauri neskartiem elektrolītiem, un šeit ir problēma, polisulfīds dažreiz var izšķīst šķīdumā un ievērojami ietekmē akumulatora ilgmūžību.

Grupa izstrādāja metodi šo polisulfīdu pārklāšanai nanosfērās, izmantojot plānu silīcija dioksīda (galvenokārt stikla) ​​kārtu, kas notur polisulfīdu prom no elektrolīta, vienlaikus viegli pārvietojoties caur to starp elektrodiem. Tā kā daudzas no šīm darba grupām pastāvīgi risina tādas problēmas kā litija un sēra akumulatoru nākotne, mūsu tālruņu malām katru dienu kļūst arvien tuvāk.

Litija metāla anodi, kas piepildās

Attēla kredīts: SolidEnergy Systems

Ja jūs atceraties no akumulatora futuroloģijas raksta, es pieminēju, kā spēja izmantot litija metālu, jo anods ir anoda materiālu "svētais grāls" to radītās papildu jaudas dēļ.

SolidEnergy Systems Corp demonstrē litija akumulatoru bez anodiem, kas parasti parasto grafīta un salikto anodu aizstāj ar plānu litija metāla anodu. Viņi apgalvo, ka viņi divkāršo enerģijas blīvumu salīdzinājumā ar grafīta anodu un 50% salīdzinājumā ar silīcija kompozīta anodu.

Jaunākās baterijas bez anodiem apgalvo, ka divkāršo enerģijas blīvumu, kāds šobrīd ir jūsu tālrunī.

Iepriekš redzamais attēls, kuru SolidEnergy ir publicējis, palīdz parādīt krasi samazinātu izmēru, lai gan man jāpiemin, ka tas ir nedaudz maldinošs. Gan Xiaomi, gan Samsung akumulatori ir izstrādāti kā nomaināmi, tāpēc tiem būtu papildu plastmasas apvalks un papildu elektronika, piemēram, lādēšanas shēma vai pat (dažās Samsung baterijās) NFC antena.

Tomēr, to sakot, BBC ziņu ziņojumā varat redzēt būtisku atšķirību starp iPhone 1, 8 Ah iekšējo akumulatoru un 2, 0 Ah SolidEnergy akumulatoru.

Ko tas viss nozīmē

Ar vairāku ražotāju vadošajiem tālruņiem - ieskaitot Samsung Galaxy S6 un Apple iPhone 6 - virzoties uz plānāku dizainu, nepieciešamība pēc blīvākām baterijām kļūst vēl lielāka. Ieliekot vairāk akumulatora enerģijas mazākā platībā, tiek pavērtas arī iespējas vairākas dienas izmantot no lielākiem “fableta” tipa tālruņiem, vienlaikus nodrošinot vairāk sulas nākotnes enerģiju patērējošajiem pārstrādātājiem.

Mēs skatāmies nākotnē, kur būs vieglāk nekā jebkad agrāk izvairīties no nobijušās viedtālruņa akumulatora.

Un, runājot par litija un sēra akumulatoriem, samazinoties uguns riskam, ko rada īslaicīga īsslēguma vai caurduršana, vajadzētu padarīt mūsu ierīces drošākas lietošanā un mazāk bīstamas (un dārgas) ražotājiem, kuras tās pārvadā.

Apvieno to ar neseno progresu ceļā uz ātrāku uzlādi un bezvadu uzlādes pieaugumu pēdējos gados, un mēs skatāmies nākotnē, kur būs vieglāk nekā jebkad agrāk, lai izvairītos no iztukšota viedtālruņa akumulatora.

Tad kad mēs sāksim redzēt, kā šīs jaunās tehnoloģijas kļūst pieejamas? SolidEnergy lēš, ka tā "anodētais" risinājums tirgū nonāks 2016. gadā, un mēs skatāmies līdzīgu grafiku arī Li-S akumulatoriem, ņemot vērā jaunākās tendences ap šo tehnoloģiju. Tas nenozīmē, ka viņi nākamgad tiks piegādāti reālajās mobilajās ierīcēs - tomēr revolūcija akumulatoru tehnoloģijā, kuru mēs visi gaidījām, nevar būt tālu.

Vairāk futuroloģijas: lasiet par viedtālruņu tehnoloģijas nākotni

Atsauces

1. BL Mehdi, J. Qian, E. Nasybulin, C. Park, DA Welch, R. Faller, H. Mehta, WA Henderson, W. Xu, CM Wang, JE Evans, J. Liu, JG Zhang, KT Mueller un ND brūnināšana, nanodaļiņu procesu novērošana un kvantitatīva noteikšana litija baterijās, izmantojot Operando elektroķīmisko (S) TEM, Nano vēstules, 2015. 15 (3): lpp. 2168-2173.
2. G. Džengs, SW Lī, Z. Liangs, H.-W. Lee, K. Yan, H. Yao, H. Wang, W. Li, S. Chu un Y. Cui, savstarpēji savienotas dobas oglekļa nanosfēras stabiliem litija metāla anodiem, Nat Nano, 2014. 9 (8): lpp. 618-623.
3. B. Kempbela, J. Bells, H. Hosseini Bay, Z. Favors, R. Ionescu, CS Ozkan un M. Ozkan, SiO2 pārklātas sēra daļiņas ar viegli reducētu grafēna oksīdu kā katoda materiālu litija un sēra baterijām, Nanoscale, 2015. gads.
4. Y. Yang, G. Zheng un Y. Cui, Nanostrukturēti sēra katodi, Chemical Society Reviews, 2013. 42 (7): lpp. 3018-3032.
5. W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, ZW Seh, H. Yao un Y. Cui, Izpratne par dažādu vadītspējīgu polimēru lomu nanostrukturēta sēra katoda veiktspējas uzlabošanā, Nano Letters, 2013. 13 (11): lpp.. 5534-5540.