Ang futurology 1.1: mas maliit, mas mataas na kapasidad na mga baterya ay mas malapit kaysa dati

Bumalik sa simula ng taon sa aming serye ng Smartphone Futurology, tinalakay namin ang teknolohiya sa likod ng baterya sa mga smartphone at kung ano ang darating sa hinaharap. Ang artikulong ito ay isang mabilis na pag-update sa piraso na iyon, na tinitingnan ang ilan sa mga kamakailan-lamang na pag-unlad sa mga baterya batay sa Lithium chemistry - tulad ng mga nagpapalakas sa karamihan ng mga smartphone.

Susuriin namin kung ano ang binabawasan ang buhay ng baterya ng iyong telepono sa paglipas ng panahon, at kung paano ang mga teknolohiyang may mataas na kapasidad tulad ng Lithium Sulfur na mga baterya at Lodium metal anod ay mas malapit kaysa dati upang maging praktikal. Sumali sa amin pagkatapos ng pahinga.

: Ang pinakabagong mga breakthrough sa teknolohiya ng baterya ng telepono

Bakit bumababa ang kapasidad ng iyong baterya sa paglipas ng panahon

Credit ng larawan: Pinagsamang Center para sa Pananaliksik sa Pag-iimbak ng Enerhiya

Ang isang pangkat na pinamumunuan ng Joint Center for Energy Storage Research sa US ay nagtagumpay na magtipon ng katibayan sa mga proseso sa likod ng pagkasira ng mga baterya ng lithium sa paglipas ng panahon . Sa aking orihinal na artikulo, nabanggit ko ang dendritik (sumasagis tulad ng isang puno) na tumutubo sa lithium metal anodes sa paglipas ng panahon na binabawasan ang kapasidad ng baterya.

Lithium metal pagtitiwalag sa Li-po elektrod sa paglipas ng panahon

Kredito: Pinagsamang Center para sa Pananaliksik sa Pag-iimbak ng Enerhiya

Ang koponan ay bumuo ng isang bagong pamamaraan gamit ang STEM (pag-scan ng electron mikroskopya - isang pamamaraan para sa pagsusuri ng hindi kapani-paniwalang maliit na mga istraktura) upang obserbahan ang mga deposito na ito sa isang baterya ng lithium polymer sa paglipas ng panahon.

Ang anode ng isang lithium baterya ay kung ano ang tinutukoy ang kabuuang kapasidad, at ang mga paglaki na ito ay nakakagambala kung gaano kahusay ang kakayahang mag-imbak ng anode ng mga lithium ion at sa gayon mabawasan ang kapasidad ng baterya. Ipinakita rin na ang mga dendritik na paglaki ng lithium metal ay maaaring maging mapanganib at maging sanhi ng mga panloob na pagkabigo na humantong sa pag-balloon ng baterya, o kahit na mas masahol pa, sumabog .

Sa pamamagitan ng mga kakayahang ito ng tagumpay upang ma-obserbahan ang mga nasabing proseso, natukoy ng koponan ang mga salik na kinokontrol ang mga paglaki na makakatulong sa mga mananaliksik sa larangan upang mapabuti ang kahabaan ng buhay at kaligtasan ng mga komersyal na baterya na nakabatay sa lithium.

Mga pagpapabuti sa Lithium-Sulfur

Credit ng larawan: Unibersidad ng California

Nagkaroon ng isang kapansin-pansing pagtaas sa bilang ng mga nai-publish na mga papel sa lithium sulfur na teknolohiya, at tulad ng ipinaliwanag dati ang teknolohiya ay tiningnan bilang susunod na pag-aalis sa teknolohiya ng baterya ng lithium, na pinapalitan ang malawak na pinagtibay na mga cell ng lithium polimer. Upang mag-recap:

Ang Lithium-asupre ay isang napaka-kaakit-akit na kapalit para sa mga kasalukuyang teknolohiya dahil ito ay madali lamang upang makabuo, ay may mas mataas na kapasidad na singilin. Mas mabuti pa, hindi ito nangangailangan ng labis na pabagu-bago ng mga solvent na drastically na mabawasan ang peligro ng apoy mula sa pag-ikli at mga pagsuntok.

Higit pa sa Lithium-asupre at iba pang mga teknolohiya sa hinaharap na baterya

Kamakailan lamang, ang isang pangkat mula sa University of California ay nalutas ang isa sa mga isyu na nakapalibot sa kimika ng lithium-sulfur, naglathala ng isang papel dito noong nakaraang buwan .

Tulad ng mga isyu sa mahabang buhay ng mga baterya ng Li-S ay nalulutas, ang teknolohiya ay gumagalaw pa tungo sa pagiging isang praktikal na katotohanan.

Sa panahon ng mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa mga proseso ng pagsingil at paglabas, nabuo ang mga chain ng polysulfide. Ang mga kadena na ito ay dapat dumaloy sa electrolyte buo at ito ay kung saan ang isyu ay namamalagi, ang polysulfide kung minsan ay maaaring matunaw sa solusyon at lubos na nakakaapekto sa kahabaan ng baterya.

Ang pangkat ay nakabuo ng isang paraan ng patong ng mga polysulfides na ito sa nanospheres gamit ang isang manipis na layer ng silikon dioxide (mahalagang baso), na pinapanatili ang polysulfide palayo mula sa electrolyte habang madaling ilipat ito sa pagitan ng mga electrodes. Sa mga isyu tulad ng mga ito ay patuloy na nalulutas ng maraming mga masigasig na mga grupo ng pananaliksik, ang hinaharap ng mga baterya ng lithium-sulfur na nasa mga gilid ng aming telepono malapit sa bawat solong araw.

Lithium Metal Anodes na papasok

Credit ng larawan: SolidEnergy Systems

Kung natatandaan mo mula sa artikulo ng baterya futurology, nabanggit ko kung paano magagamit ang lithium metal bilang anode ay ang "banal na grail" ng mga materyales na anode dahil sa sobrang kapasidad na dinadala nila.

Ang SolidEnergy Systems Corp. ay pinapakita ang kanilang "walang anod" na baterya ng lithium, na mahalagang pumapalit sa normal na grapayt at composite anod na may manipis na lithium metal anode. Inaangkin nila na doble nila ang density ng enerhiya kumpara sa isang graphite anode at 50% kumpara sa isang silikon na composite anode.

Ang pinakabagong baterya na 'anodeless' ay inaangkin na doble ang density ng enerhiya ng kung ano ang nasa iyong telepono ngayon.

Ang imahe sa itaas na nai-publish na SolidEnergy ay nakakatulong na ipakita ang marahas na pagbawas sa laki, kahit na dapat kong banggitin na bahagyang nakaliligaw. Parehong Xiaomi at Samsung na baterya ay idinisenyo upang mapalitan, kaya magkakaroon ng karagdagang plastik na shell at karagdagang mga electronics tulad ng isang charging circuit o kahit na (sa ilang mga baterya ng Samsung) isang NFC antenna.

Gayunpaman, sinabi nito, maaari mong makita ang malaking pagkakaiba-iba ng laki sa pagitan ng 1.8 Ah panloob na baterya ng iPhone at ang 2.0 Ah SolidEnergy pack ng baterya sa ulat ng balita ng BBC.

Ano ang ibig sabihin ng lahat

Sa mga teleponong punong barko ng mga tagagawa - kasama ang Galaxy S6 ng Samsung at iPhone 6 ng Apple - na nagtulak patungo sa mas payat na disenyo, ang pangangailangan para sa mas matitinding mga baterya ay nagiging mas malaki. Ang pag-cramming ng higit pang lakas ng baterya sa isang mas maliit na lugar ay nagbubukas din ng posibilidad na makakuha ng ilang araw na paggamit ng higit sa mas malaking "phablet" na mga handset ng estilo, habang nagbibigay ng mas maraming juice para sa mga prosesong nagugutom ng kapangyarihan sa hinaharap.

Tumitingin kami sa isang hinaharap kung saan magiging mas madali kaysa kailanman upang maiwasan ang natatakot na patay na baterya ng smartphone.

At pagdating sa mga baterya ng lithium-asupre, ang nabawasan na peligro ng apoy mula sa pag-shortout o pagbutas ay dapat gawing mas ligtas na gamitin ang aming mga aparato, at hindi gaanong mapanganib (at magastos) para sa mga tagagawa na magdala.

Pagsamahin ito sa kamakailang pag-unlad patungo sa mas mabilis na singilin at ang paglaki ng wireless charging sa mga nakaraang taon, at tinitingnan namin ang isang hinaharap kung saan ito ay magiging mas madali kaysa kailanman upang maiwasan ang isang patay na baterya ng smartphone.

Kaya kailan tayo magsisimulang makita ang mga bagong teknolohiya na magagamit? Tinatantya ng SolidEnergy ang solusyon na "walang anod" nito sa merkado sa 2016, at tinitingnan namin ang isang katulad na timetable para sa mga baterya ng Li-S, na binigyan din ng kamakailang mga pag-unlad sa paligid ng teknolohiyang ito. Iyon ay hindi sabihin na magpapadala sila sa aktwal na mga aparatong mobile sa susunod na taon - gayunpaman, ang rebolusyon sa teknolohiya ng baterya na hinihintay nating lahat ay hindi maaaring malayo.

Higit pang mga Futurology: Basahin ang tungkol sa hinaharap ng smartphone tech

Mga Sanggunian

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, at ND Browning, Pagmamasid at Dami ng Mga Proseso ng Nanoscale sa Mga Lithium Battery ni Operando Electrochemical (S) TEM, Nano Sulat, 2015. 15 (3): p. 2168-2173.
2. G. Zheng, SW Lee, Z. Liang, H.-W. Lee, K. Yan, H. Yao, H. Wang, W. Li, S. Chu, at Y. Cui, Interconnected hollow carbon nanospheres para sa matatag na lithium metal anod, Nat Nano, 2014. 9 (8): p. 618-623.
3. B. Campbell, J. Bell, H. Hosseini Bay, Z. Favors, R. Ionescu, CS Ozkan, at M. Ozkan, SiO2 na pinahiran na asupre na may partikulo na may banayad na nabawasan na graphene oxide bilang isang katod na materyal para sa mga baterya ng lithium-sulfur, Nanoscale, 2015.
4. Y. Yang, G. Zheng, at Y. Cui, Nanostructured sulfur cathode, Mga Review sa Chemical Society, 2013. 42 (7): p. 3018-3032.
5. W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, ZW Seh, H. Yao, at Y. Cui, Pag-unawa sa Papel ng Iba't ibang Conductive Polymers sa Pagpapabuti ng Nanostructured Sulfur Cathode Performance, Nano Letters, 2013. 13 (11): p. 5534-5540.