Futurology 1.1: bateri berkapasiti yang lebih tinggi lebih dekat berbanding sebelum ini

Kembali pada awal tahun ini dalam siri Futurologi Telefon pintar kami, kami membincangkan teknologi di sebalik bateri di telefon pintar dan apa yang akan datang pada masa akan datang. Artikel ini adalah kemas kini yang cepat untuk sekeping itu, melihat beberapa perkembangan terbaru dalam bateri berdasarkan kimia litium - seperti yang menjana sebahagian besar telefon pintar.

Kami akan melihat dengan lebih dekat apa yang mengurangkan hayat bateri telefon anda dari masa ke masa, dan bagaimana teknologi berkapasiti tinggi seperti bateri Litium Sulfur dan anod Lithium logam lebih dekat dari sebelumnya untuk menjadi praktikal. Sertai kami selepas rehat.

: Terobosan terbaru dalam teknologi bateri telefon

Kenapa kapasiti bateri anda berkurang dari masa ke masa

Kredit imej: Pusat Penyelidikan Penyimpanan Tenaga Bersama

Kumpulan yang diketuai oleh Pusat Penyelidikan Simpanan Tenaga Bersama di AS berjaya mengumpulkan bukti mengenai proses di sebalik kemerosotan bateri litium dari masa ke masa . Dalam artikel asal saya, saya menyebutkan pertumbuhan dendritik (bercabang seperti pokok) pada anod logam lithium dari masa ke masa mengurangkan kapasiti bateri.

Pemendapan logam litium pada elektrod Li-po dari masa ke masa

Kredit: Pusat Penyelidikan Simpanan Tenaga Bersama

Pasukan ini membangunkan kaedah baru menggunakan STEM (pengimbasan mikroskop elektron penghantaran - satu kaedah untuk menganalisis struktur sangat kecil) untuk melihat deposit ini dalam bateri polimer litium dari masa ke masa.

Anoda bateri litium ialah menentukan jumlah kapasiti, dan pertumbuhan ini mengganggu seberapa efisien anod dapat menyimpan ion lithium dan dengan itu mengurangkan kapasiti bateri. Ia juga menunjukkan bahawa pertumbuhan dendritik logam litium ini boleh berbahaya dan menyebabkan kegagalan dalaman yang membawa kepada belon bateri, atau lebih buruk lagi, meletup .

Dengan kebolehan penemuan ini untuk melihat proses tersebut, pasukan telah dapat menentukan faktor-faktor yang mengawal pertumbuhan ini yang akan membantu para penyelidik di lapangan untuk meningkatkan umur panjang dan keselamatan bateri berasaskan litium komersial.

Penambahbaikan dalam Litium-Sulfur

Kredit gambar: University of California

Terdapat peningkatan dramatik dalam jumlah kertas yang diterbitkan mengenai teknologi lithium sulfur, dan seperti yang dijelaskan sebelum ini teknologi itu dilihat sebagai lelaran seterusnya dalam teknologi bateri litium, menggantikan sel polimer litium yang digunakan secara meluas. Untuk merakam:

Lithium-sulfur adalah pengganti yang sangat menarik untuk teknologi semasa kerana ia hanya mudah untuk menghasilkan, mempunyai kapasiti pengecasan yang lebih tinggi. Lebih baik lagi, ia tidak memerlukan pelarut yang tidak menentu yang secara drastik mengurangkan risiko kebakaran daripada kekurangan dan punca.

Lebih banyak mengenai litium-sulfur dan teknologi bateri masa hadapan yang lain

Baru-baru ini, sebuah kumpulan dari University of California telah menyelesaikan salah satu isu yang mengelilingi kimia lithium-sulfur, menerbitkan kertas pada bulan lalu .

Sebagai isu dengan panjang umur bateri Li-S diselesaikan, teknologi bergerak lebih jauh ke arah menjadi realiti praktikal.

Semasa tindak balas kimia yang berlaku dalam proses caj dan pelepasan, rantai polysulfida terbentuk. Rantai ini mesti mengalir melalui elektrolit utuh dan ini adalah di mana masalahnya terletak, polysulfida kadangkala boleh larut dalam larutan dan banyak memberi kesan kepada umur panjang bateri.

Kumpulan ini membangunkan kaedah salutan polysulfides ini ke nanospheres menggunakan lapisan nipis silikon dioksida (pada dasarnya kaca), yang memulihkan polysulfide daripada elektrolit ketika dapat bergerak dengan mudah melalui elektroda. Dengan isu-isu seperti ini sentiasa diselesaikan oleh banyak kumpulan penyelidikan yang bekerja keras, masa depan bateri lithium-sulfur di dalam telefon kita semakin dekat setiap hari.

Lithium Metal Anodes datang untuk membuahkan hasil

Kredit imej: Sistem SolidEnergy

Sekiranya anda teringat dari artikel futurologi bateri, saya menyatakan bagaimana dapat menggunakan logam lithium sebagai anod adalah "grail suci" bahan anod kerana kapasiti tambahan yang mereka bawa.

SolidEnergy Systems Corp telah mempamerkan bateri lithium mereka yang "tidak terubah", yang pada dasarnya menggantikan grafit biasa dan anod komposit dengan anod logam lithium nipis. Mereka mendakwa mereka menggandakan kepadatan tenaga berbanding dengan anod grafit dan 50% berbanding dengan anod komposit silikon.

Bateri terbaru 'tidak mengenali' menuntut untuk menggandakan ketumpatan tenaga apa yang ada di telefon anda sekarang.

Imej di atas yang SolidEnergy telah diterbitkan membantu menunjukkan pengurangan saiz drastik, walaupun saya harus menyebutnya sedikit mengelirukan. Kedua-dua bateri Xiaomi dan Samsung direka untuk diganti, jadi akan mempunyai shell plastik tambahan dan elektronik tambahan seperti litar pengecasan atau bahkan (dalam sesetengah bateri Samsung) antena NFC.

Walau bagaimanapun, setelah mengatakan itu, anda dapat melihat perbezaan saiz yang besar antara bateri dalaman 1.8 Ah Ah dan pek bateri 2.0 Ah SolidEnergy dalam laporan berita BBC.

Apa maksudnya

Dengan beberapa telefon utama pengeluar - termasuk Samsung Galaxy S6 dan Apple iPhone 6 - menolak ke arah reka bentuk yang lebih nipis, keperluan untuk bateri yang padat menjadi lebih besar. Cramming lebih banyak kuasa bateri ke kawasan yang lebih kecil juga membuka kemungkinan mendapatkan beberapa hari penggunaan daripada telefon bimbit gaya "phablet" yang lebih besar, sambil menyediakan lebih banyak jus untuk pemproses kuasa yang lapar masa depan.

Kami sedang mencari masa depan di mana ia akan menjadi lebih mudah berbanding sebelum ini untuk mengelakkan bateri telefon pintar yang ditakuti mati.

Dan apabila ia datang kepada bateri lithium-sulfur, risiko kebakaran yang berkurangan daripada pemendekan atau penekanan harus menjadikan peranti kami lebih selamat untuk digunakan, dan kurang berbahaya (dan mahal) untuk pengeluar untuk pengangkutan.

Menggabungkan ini dengan kemajuan baru-baru ini ke arah pengisian yang lebih cepat dan pertumbuhan pengisian tanpa wayar pada tahun-tahun kebelakangan ini, dan kami melihat masa depan di mana ia akan menjadi lebih mudah berbanding sebelum ini untuk mengelakkan bateri telefon pintar yang mati.

Oleh itu, bilakah kita akan mula melihat teknologi baru ini menjadi tersedia? SolidEnergy menganggarkan penyelesaiannya "tidak anod" akan memukul pasaran pada tahun 2016, dan kami sedang melihat jadual yang sama untuk bateri Li-S juga, memandangkan perkembangan baru-baru ini di sekitar teknologi ini. Itu bukan untuk mengatakan mereka akan dihantar dalam peranti mudah alih sebenar pada tahun depan - bagaimanapun, revolusi dalam teknologi bateri yang kita semua tunggu tidak boleh jauh.

Lebih Futurologi: Baca tentang masa depan teknologi telefon pintar

Rujukan

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, dan ND Browning, Pemerhatian dan Kuantifikasi Proses Nanoscale dalam Bateri Litium oleh Operando Elektrokimia (S) TEM, Nano Letters, 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, dan Y. Cui, nanosfera karbon berongga yang tersambung untuk anod logam litium yang stabil, Nat Nano, 2014. 9 (8): p. 618-623.
3. B. Campbell, J. Bell, H. Hosseini Bay, Z. Favours, R. Ionescu, CS Ozkan, dan M. Ozkan, zarah sulfur bersalut SiO2 dengan pengurangan graphene oxide sebagai bahan katod untuk bateri lithium-sulfur, Nanoscale, 2015.
4. Y. Yang, G. Zheng, dan Y. Cui, katod sulfur Nanostructured, Ulasan Masyarakat Kimia, 2013. 42 (7): h. 3018-3032.
5. W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, ZW Seh, H. Yao, dan Y. Cui, Memahami Peranan Polimer Konduktif Berbeza dalam Meningkatkan Prestasi Katod Sulfur Nanostruktur, Nano Letters, 2013. 13 (11): p. 5534-5540.