Футурологија 1.1: мање батерије са већим капацитетом су ближе него икад раније

Почетком године у нашој серији Футурологија паметних телефона разговарали смо о технологији која стоји иза батерије на паметним телефонима и о томе шта нам следи у будућности. Овај чланак је брзо ажурирање овог дела, сагледавање неких недавних достигнућа у батеријама заснованим на литијумској хемији - попут оних које напајају већину паметних телефона.

Пратићемо детаљније шта смањује време трајања батерије вашег телефона и колико су технологије високог капацитета попут литијум-сумпорних батерија и литијумских металних анода ближе него икад постале практичне. Придружите нам се након одмора.

: Најновији напредак у технологији батерија телефона

Зашто се капацитет батерије смањује с временом

Кредитна слика: Заједнички центар за истраживање складиштења енергије

Група коју је предводио Заједнички центар за истраживање складиштења енергије у САД-у успела је да прикупи доказе о процесима пропадања литијумских батерија током времена. . У свом оригиналном чланку споменуо сам дендритичке (гранање попут дрвета) на металним анодама литијума током времена смањујући капацитет батерије.

Таложење литијума на Ли-по електроди током времена

Кредит: Заједнички центар за истраживање складиштења енергије

Тим је развио нову методу користећи СТЕМ (скенирање електронске микроскопије за пренос - метода за анализу невероватно малих структура) како би се та депозита посматрала у литијумској полимерној батерији током времена.

Анода литијумске батерије је оно што одређује укупни капацитет, а ови растови нарушавају ефикасност аноде да складишти литијумске јоне и на тај начин смањује капацитет батерије. Такође је показано да ови дендритични расту литијумских метала могу бити опасни и проузроковати унутрашње кварове који доводе до балонирања батерија или, још горе, до експлозије .

Са овим пробојним способностима посматрања таквих процеса, тим је био у стању да одреди факторе који контролишу ове израслине, што ће помоћи истраживачима на терену да побољшају дуговечност и сигурност комерцијалних литијумских батерија.

Побољшања у литијум-сумпору

Кредитна слика: Университи оф Цалифорниа

Дошло је до драматичног пораста броја објављених радова о технологији литијум-сумпора, а као што је раније објашњено ова технологија се посматра као следећа итерација у технологији литијумских батерија, замењујући широко усвојене ћелије литијум полимера. Да бисте резимирали:

Литијум-сумпор је изузетно атрактивна замена за тренутне технологије, јер је једнако лаган за производњу, већи капацитет пуњења. Што је још боље, нису потребни високо испарљиви растварачи који драстично смањују ризик од пожара од кратких спојева и пробоја.

Више о литијум-сумпору и другим будућим технологијама батерија

Недавно је група са Универзитета у Калифорнији решила једно од питања која се тичу хемије литијум-сумпора и објавила је чланак о томе прошлог месеца .

Како се проблеми са дуготрајношћу Ли-С батерија решавају, технологија иде даље ка практичној стварности.

Током хемијских реакција које се догађају у процесима пуњења и пражњења формирају се полисулфидни ланци. Ови ланци морају тећи кроз електролит нетакнути и ту лежи проблем, полисулфид се понекад може растворити у раствору и знатно утиче на дуготрајност батерије.

Група је развила методу превлачења ових полисулфида у наносфере помоћу танког слоја силицијумског диоксида (у основи стакла), који полисулфид држи даље од електролита и истовремено се лако може кретати кроз њега између електрода. Са проблемима попут ових које стално решавају бројне напорне истраживачке групе, будућност литијум-сумпорних батерија налази се на ивицама наших телефона сваким даном ближе.

Литијум металне аноде доносе плод

Кредитна слика: СолидЕнерги Системс

Ако се сећате из чланка о футурологији батерије, споменуо сам како је коришћење литијумског метала као аноде „свети грал“ анодних материјала због додатног капацитета који доносе.

СолидЕнерги Системс Цорп. показали су своју „безводну“ литијумску батерију, која у основи замјењује нормалне графитне и композитне аноде танком литијумском металном анодом. Они тврде да удвостручавају енергетску густину у поређењу са графитном анодом и 50% у поређењу са силиконским композитним анодама.

Најновије батерије без аноде тврде да удвостручују густину енергије онога што је у вашем телефону тренутно.

Горња слика коју је објавио СолидЕнерги помаже показати драстично смањење величине, мада треба напоменути да је помало заблуду. И Ксиаоми и Самсунг батерије дизајнирани су тако да замењују, тако да би имали додатну пластичну шкољку и додатну електронику, као што су круг за пуњење или чак (код неких Самсунг батерија) НФЦ антена.

Међутим, имајући то у виду, можете видети значајну разлику у величини између иПхоне-ове 1.8 Ах унутрашње батерије и 2.0 Ах СолидЕнерги пакета батерија у ББЦ-овом вести.

Шта то све значи

С неколико водећих произвођача произвођача - укључујући Самсунгов Галаки С6 и Апплеов иПхоне 6 - који теже ка тањим дизајнима, потреба за гушћим батеријама постаје још већа. Утврђивањем веће снаге батерије на мање подручје отвара се и могућност добијања неколико дана коришћења већих уређаја „пхаблет“, истовремено пружајући више сока за будуће процесоре који гладни енергије.

Гледамо будућност у којој ће бити лакше него икад избећи страшну мртву батерију паметног телефона.

А кад су у питању литијум-сумпорне батерије, смањени ризик од пожара од кратког споја или пуцања требао би учинити наше уређаје сигурнијима за употребу, а мање опасним (и скупим) за произвођаче за транспорт.

Комбинујте то са недавним напретком ка бржем пуњењу и расту бежичног пуњења последњих година, а ми гледамо у будућност у којој ће бити лакше него икад избећи мртву батерију паметног телефона.

Па када ћемо почети видети ове нове технологије како постају доступне? СолидЕнерги процењује да ће његово „анодеално“ решење стићи на тржиште током 2016. године, а такође гледамо на сличан распоред и за Ли-С батерије, имајући у виду недавна дешавања око ове технологије. То не значи да ће они испоручити стварне мобилне уређаје у следећој години - ипак, револуција у технологији батерија коју смо сви чекали не може бити далеко.

Више Футурологија: Прочитајте о будућности паметних технологија

Референце

1. БЛ Мехди, Ј. Киан, Е. Насибулин, Ц. Парк, ДА Велцх, Р. Фаллер, Х. Мехта, ВА Хендерсон, В. Ксу, ЦМ Ванг, ЈЕ Еванс, Ј. Лиу, ЈГ Зханг, КТ Муеллер, и НД Бровнинг, посматрање и квантификација наносеменских процеса у литијумским батеријама Операндо Елецтроцхемицал (С) ТЕМ, Нано Леттерс, 2015. 15 (3): стр. 2168-2173.
2. Г. Зхенг, СВ Лее, З. Лианг, Х.-В. Лее, К. Иан, Х. Иао, Х. Ванг, В. Ли, С. Цху и И. Цуи, Међусобно повезане шупље угљен-наносфере за стабилне аноде метала литијума, Нат Нано, 2014. 9 (8): стр. 618-623.
3. Б. Цампбелл, Ј. Белл, Х. Хоссеини Баи, З. Фаворс, Р. Ионесцу, ЦС Озкан и М. Озкан, сумпорне честице пресвучене СиО2 са благо редукованим графенским оксидом као катодним материјалом за литијум-сумпорне батерије, Наносцале, 2015.
4. И. Ианг, Г. Зхенг и И. Цуи, Наноструцтуред сумпор катоде, Цхемицал Социети Ревиевс, 2013. 42 (7): стр. 3018-3032.
5. В. Ли, К. Зханг, Г. Зхенг, ЗВ Сех, Х. Иао и И. Цуи, Разумевање улоге различитих кондуктивних полимера у побољшању перформанси наноструктуриране катоде сумпора, Нано Леттерс, 2013. 13 (11): п. 5534-5540.