Futurology 1.1: daha küçük, daha yüksek kapasiteli piller hiç olmadığı kadar yakın

Smartphone Futurology serimizde yılın başında, akıllı telefonlarda pilin arkasındaki teknolojiyi ve gelecekte neler olacağını tartıştık. Bu makale, akıllı telefonların büyük çoğunluğuna güç verenler gibi, Lityum kimyasına dayalı pillerdeki son gelişmelerden bazılarını inceleyen hızlı bir güncelleme.

Telefonunuzun zaman içinde pil ömrünü azaltan şeyin ne olduğuna ve Lithium Sulphur piller ve Lithium metal anotlar gibi yüksek kapasiteli teknolojilerin her zamankinden daha yakın olduklarına daha yakından bakacağız. Aradan sonra bize katılın.

: Telefon batarya teknolojisindeki son gelişmeler

Pilinizin kapasitesi neden zaman içinde azalır?

Resim kredisi: Enerji Depolama Araştırmaları Ortak Merkezi

ABD'deki Enerji Depolama Araştırmaları Ortak Merkezi tarafından yönetilen bir grup, zaman içinde lityum pillerin bozulmasının ardındaki süreçler hakkında kanıt toplamayı başardı. . Orijinal makalemde, pil kapasitesini azaltan zamanla lityum metal anotlardaki dendritik (bir ağaç gibi dallanma) büyümesinden bahsettim.

Li-po elektrodunda zaman içinde lityum metal birikmesi

Kredi: Enerji Depolama Araştırmaları Ortak Merkezi

Ekip, zaman içinde bir lityum polimer bataryada bu birikintileri gözlemlemek için STEM (taramalı iletim elektron mikroskobu - inanılmaz küçük yapıları analiz etmek için bir yöntem) kullanarak yeni bir yöntem geliştirdi.

Bir lityum pilin anotu, toplam kapasiteyi belirleyen şeydir ve bu büyümeler, anodun lityum iyonlarını ne kadar verimli bir şekilde saklayabildiğini ve böylece pilin kapasitesini azaltabildiğini bozar. Ayrıca, lityum metalin bu dendritik büyümesinin tehlikeli olabileceği ve pil balonunun patlamasına neden olan, hatta daha da kötüsü patlayan iç arızalara neden olabileceği gösterilmiştir. .

Bu süreçleri gözlemleme konusundaki bu çığır açan yeteneklerle, ekip, bu araştırmaları ticari lityum bazlı pillerin ömrünü ve güvenliğini geliştirmeye yardımcı olacak bu büyümeleri kontrol eden faktörleri belirleyebildi.

Lityum-Kükürtte İyileştirmeler

Resim kredisi: Kaliforniya Üniversitesi

Lityum kükürt teknolojisi ile ilgili yayınlanmış kağıtların sayısında çarpıcı bir artış olmuştur ve daha önce açıklandığı gibi, teknoloji yaygın olarak kullanılan lityum polimer hücrelerinin yerine, lityum pil teknolojisindeki bir sonraki yineleme olarak görülmektedir. Özetlemek için:

Lityum-kükürt, ürettiği kadar kolay, daha yüksek şarj kapasitesine sahip olduğu için mevcut teknolojiler için oldukça çekici bir alternatiftir. Daha da iyisi, yangın riskinin kısa devre ve delinme riskini büyük ölçüde azaltan yüksek düzeyde uçucu solventler gerektirmez.

Lityum-kükürt ve gelecekteki diğer batarya teknolojileri hakkında daha fazla bilgi

Son zamanlarda, Kaliforniya Üniversitesi'nden bir grup lityum-kükürt kimyasını çevreleyen sorunlardan birini çözerek geçen ay bir bildiri yayınladı. .

Li-S pillerin uzun ömürlülüğü ile ilgili sorunlar çözüldüğü için, teknoloji pratik bir gerçeklik olmaya doğru ilerlemektedir.

Doldurma ve boşaltma işlemlerinde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar sırasında polisülfit zincirleri oluşur. Bu zincirler, elektrolit boyunca bozulmadan akmalıdır ve bu, meselenin yattığı yer, polisülfit bazen çözeltinin içine çözülebilir. ve batarya ömrünü büyük ölçüde etkiler.

Grup, bu polisülfitlerin nanosferlere kaplanması için ince bir silikon dioksit tabakası (esas olarak cam) kullanarak bir yöntem geliştirdi; bu, polisülfit, elektrotlar arasında kolayca hareket ederken elektrolitten uzak durmasını sağlar. Bunlar gibi çok sayıda çalışkan araştırma grubu tarafından sürekli olarak çözülmesiyle, lityum-kükürt bataryaların geleceği telefonlarımızda her gün daha da yakınlaşıyor.

Lityum Metal Anotlar meyve vermeye geliyor

Görüntü kredisi: SolidEnergy Sistemleri

Pilin füturolojisi makalesinden hatırlıyorsanız, anot olarak lityum metali kullanabilmenin, anot malzemelerinin getirdikleri ekstra kapasite nedeniyle “kutsal kaseti” olduğunu söyledim.

SolidEnergy Systems Corp., normal grafit ve kompozit anotları esasen ince bir lityum metal anot ile değiştiren "anotsuz" lityum pillerini sergiliyor. Bir grafit anotla karşılaştırıldığında enerji yoğunluğunu iki katına ve silikon kompozit anotla karşılaştırıldığında% 50 oranında olduğunu iddia ediyorlar.

En son 'anot' piller şu anda telefonunuzdakilerin enerji yoğunluğunu iki katına çıkardığını iddia ediyor.

SolidEnergy’in yayınladığı yukarıdaki resim, boyutta sert bir düşüş sergilemesine yardımcı olsa da, biraz yanıltıcı olduğunu söylemeliyim. Hem Xiaomi hem de Samsung bataryaları değiştirilebilecek şekilde tasarlandı, bu nedenle ek bir plastik kabuğa ve şarj devresi veya hatta (bazı Samsung bataryalarında) bir NFC anteni gibi ek elektroniklere sahip olacaktı.

Ancak, söyleyerek, BBC'nin haber raporunda iPhone'un 1.8 Ah dahili pili ile 2.0 Ah SolidEnergy pil takımı arasındaki büyüklük farkını görebilirsiniz.

Hepsi ne demek

Birkaç üreticinin amiral gemisi telefonlarında - Samsung Galaxy S6 ve Apple iPhone 6 dahil - daha ince tasarımlara yöneliyor, daha yoğun pillere olan ihtiyaç daha da artıyor. Daha fazla bataryayı daha küçük bir alana tıkamak aynı zamanda daha büyük "phablet" el cihazlarından birkaç gün boyunca kullanım olanağı sağlarken geleceğin güç işlemcileri için daha fazla meyve suyu sağlar.

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

Ayrıca, lityum-kükürt bataryaları söz konusu olduğunda, yangın veya kısa devre nedeniyle delinme riskinin azalması, cihazlarımızın kullanımını daha güvenli ve üreticilerin taşıması için daha az tehlikeli (ve maliyetli) hale getirmelidir.

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

Peki bu yeni teknolojilerin ne zaman kullanılabilir olacağını görmeye başlayacağız? SolidEnergy, "anotsuz" çözümünün 2016 yılında piyasaya çıkacağını tahmin ediyor ve bu teknolojideki son gelişmeler dikkate alındığında, Li-S piller için de benzer bir takvime bakıyoruz. Bu, gelecek yıl gerçek mobil cihazlarda gönderileceği anlamına gelmiyor - buna rağmen, hepimizin beklediği pil teknolojisindeki devrim çok uzakta olamaz.

Diğer Futurology: Akıllı telefon teknolojisinin geleceği hakkında bilgi edinin

Referanslar

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 ve ND Browning, Lityum Pillerde Nano Ölçekli İşlemlerin Operando Electrochemical (S) TEM, Nano Letters, 2015 Tarafından Gözlenmesi ve Ölçülmesi. 15 (3): s. 2168-2173.
2. G. Zheng, SW Lee, Z. Liang, H.-W. Lee, K. Yan, H. Yao, H. Wang, W. Li, S. Chu ve Y. Cui, Stabil lityum metal anotlar için birbirine bağlı içi boş karbon nanosferleri, Nat Nano, 2014. 9 (8): s. 618-623.
3. B. Campbell, J. Bell, H. Hosseini Körfezi, Z., Şek. R. Ionescu, CS Ozkan ve M. Ozkan, lityum-kükürt piller için bir katod materyali olarak hafifçe indirgenmiş grafen oksit içeren Si02 kaplı kükürt partikülleri, Nanoscale, 2015.
4. Y. Yang, G. Zheng ve Y. Cui, Nanoyapılı kükürt katotları, Chemical Society Reviews, 2013. 42 (7): s. 3018-3032.
5. W. Li, S. Zhang, G. Zheng, ZW Seh, H. Yao ve Y. Cui, Nano Yapılı Kükürt Katot Performansının Geliştirilmesinde Farklı İletken Polimerlerin Rolünü Anlamak, Nano Mektupları, 2013. 13 (11): p. 5534-5540.