Futurology 1.1: по-малките батерии с по-голям капацитет са по-близо от всякога

В началото на годината в нашата серия Smartphone Futurology обсъдихме технологията зад батерията в смартфоните и какво предстои в бъдеще. Тази статия е бърза актуализация на това парче, разглеждайки някои от последните разработки в батериите, базирани на литиевата химия - като тези, захранващи по-голямата част от смартфоните.

Ще разгледаме по-отблизо какво намалява живота на батерията на телефона ви във времето и как технологиите с висок капацитет като литиево-сярна батерия и литиеви метални аноди са по-близо до всякога, за да станат практични. Присъединете се към нас след почивката.

: Най-новите постижения в технологията на батерията на телефона

Защо капацитетът на батерията ви намалява с течение на времето

Кредитна снимка: Съвместен център за изследвания за съхранение на енергия

Група, ръководена от Съвместния център за изследвания на съхранението на енергия в САЩ, успя да събере доказателства за процесите зад влошаването на литиевите батерии във времето , В първоначалната си статия споменах дендритните (разклоняващи се като дърво) израстъци на литиеви метални аноди с течение на времето, намалявайки капацитета на батерията.

Отлагане на литиеви метали върху Li-po електрод във времето

Кредит: Съвместен център за изследвания на съхранението на енергия

Екипът разработи нов метод, използвайки STEM (сканираща трансмионна електронна микроскопия - метод за анализ на невероятно малки структури), за да се наблюдават тези отлагания в литиево-полимерна батерия във времето.

Анодът на литиева батерия е това, което определя общия капацитет и тези израстъци нарушават колко ефективно анодът е в състояние да съхранява литиеви йони и по този начин намаляват капацитета на батерията. Показано е също, че тези дендритни израстъци на литиеви метали могат да бъдат опасни и да причинят вътрешни повреди, които водят до балониране на батерията или още по-лошо, експлодиране , С тези пробивни способности да наблюдават подобни процеси, екипът успя да определи факторите, които контролират тези израстъци, което ще помогне на изследователите в тази област да подобрят дълголетието и безопасността на търговските литиеви батерии.

Подобрения в литий-сярата

Кредитна снимка: Калифорнийски университет

Наблюдава се драстично увеличение на броя на публикуваните доклади за технологията на литиевата сяра и както беше обяснено по-рано, технологията се разглежда като следваща итерация в технологията на литиевата батерия, заместваща широко приетите клетки от литиеви полимери. За да резюмирате:

Литиевата сяра е изключително привлекателен заместител на съвременните технологии, тъй като е също толкова лесна за производство, има по-голям капацитет на зареждане. Още по-добре, той не изисква силно летливи разтворители, които драстично намаляват риска от пожар от къси и пробиви.

Повече за литиево-сярна и други технологии за бъдещи батерии

Наскоро група от Калифорнийския университет реши един от въпросите, свързани с литиево-сярната химия, публикувайки статия за това миналия месец ,

Тъй като проблемите с дълголетието на батериите Li-S се решават, технологията се движи по-нататък към практическа реалност.

По време на химичните реакции, които протичат в процесите на зареждане и изпускане, се образуват полисулфидни вериги. Тези вериги трябва да преминават през електролита непокътнат и точно тук се крие проблемът, полисулфидът понякога може да се разтвори в разтвора и значително повлиява дълголетието на батерията.

Групата разработи метод за покриване на тези полисулфиди в наносфери, използвайки тънък слой силициев диоксид (по същество стъкло), който държи полисулфида далеч от електролита, като същевременно може да се движи лесно през него между електродите. С проблеми като тези, които постоянно се решават от много трудолюбиви изследователски групи, бъдещето на литиево-серните батерии се намира в краищата на нашите телефони всеки ден.

Литиевите метални аноди се реализират

Кредит за изображения: SolidEnergy Systems

Ако си спомняте от статията за футурологията на акумулатора, споменах как възможността да се използва литиев метал като анод е „светият граал“ на анодните материали поради допълнителния капацитет, който носят.

SolidEnergy Systems Corp. демонстрираха своята „без анодна“ литиева батерия, която по същество замества нормалните графитни и композитни аноди с тънък литиев метален анод. Те твърдят, че удвояват енергийната плътност в сравнение с графитния анод и 50% в сравнение със силициевия композитен анод.

Най-новите „анодни“ батерии твърдят, че удвояват енергийната плътност на това, което има в телефона ви в момента.

Горното изображение, което SolidEnergy публикува, помага да покаже драстичното намаляване на размера, въпреки че трябва да спомена, че е леко подвеждащо. Както батериите Xiaomi, така и Samsung са проектирани да бъдат сменяеми, така че ще имат допълнителна пластмасова обвивка и допълнителна електроника, като верига за зареждане или дори (в някои батерии на Samsung) NFC антена.

Въпреки това, след като каза това, можете да видите съществената разлика в размера между вътрешната батерия на iPhone iPhone 1, 8 Ah и батерията 2.0 Ah SolidEnergy в новинарския доклад на BBC.

Какво означава всичко

С няколко водещи телефона на производителите - включително Galaxy S6 на Samsung и iPhone 6 на Apple - насочени към по-тънки дизайни, нуждата от по-плътни батерии става още по-голяма. Натрупването на повече мощност на батерията в по-малка зона също отваря възможността да се използват няколко дни от по-големите слушалки в стил „phablet“, като същевременно се осигурява повече сок за бъдещите мощностни процесори.

Гледаме бъдеще, в което ще бъде по-лесно от всякога да избегнем страховитата мъртва батерия на смартфона.

А що се отнася до литиево-серните батерии, намаленият риск от пожар от късо съединение или пробиване трябва да направи нашите устройства по-безопасни за използване и по-малко опасни (и скъпи) за производителите да транспортират.

Комбинирайте това с неотдавнашен напредък към по-бързо зареждане и растеж на безжичното зареждане през последните години, а ние гледаме на бъдеще, където ще бъде по-лесно от всякога да избегнете мъртва батерия на смартфона.

И така, кога ще започнем да виждаме тези нови технологии да стават достъпни? SolidEnergy изчислява, че неговото „без анодно“ решение ще се появи на пазара през 2016 г., а ние разглеждаме подобен график и за Li-S батерии, предвид последните разработки около тази технология. Това не означава, че през следващата година те ще се доставят с действителни мобилни устройства - въпреки това революцията в батерийната технология, която всички чакаме, не може да бъде далеч.

Още футурология: Прочетете за бъдещето на смартфоните

Препратки

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 и ND Browning, наблюдение и количествено определяне на наноразмерните процеси в литиеви батерии от Operando Electrochemical (S) TEM, Nano Letters, 2015. 15 (3): с. 2168-2173.
2. G. Zheng, SW Lee, Z. Liang, H.-W. Lee, K. Yan, H. Yao, H. Wang, W. Li, S. Chu и Y. Cui, взаимосвързани кухи въглеродни наносфери за стабилни литиеви метални аноди, Nat Nano, 2014. 9 (8): с. 618-623.
3. B. Campbell, J. Bell, H. Hosseini Bay, Z. Favors, R. Ionescu, CS Ozkan и M. Ozkan, серни частици с меко редуциран графенов оксид като катоден материал за литиево-серни батерии, Nanoscale, 2015г.
4. Y. Yang, G. Zheng и Y. Cui, Nanostructured серни катоди, Reviews of Society Society Reviews, 2013. 42 (7): p. 3018-3032.
5. W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, ZW Seh, H. Yao, и Y. Cui, Разбиране на ролята на различните проводими полимери в подобряването на работата на наноструктурираните катодни сери, Nano Letters, 2013. 13 (11): p, 5534-5540.