Futurology 1.1: pienemmät, suuremman kapasiteetin akut ovat lähempänä kuin koskaan ennen

Vuoden alussa älypuhelimien futurologiasarjoissamme keskustelimme älypuhelimien akun takana olevasta tekniikasta ja tulevaisuuden tulevaisuudesta. Tämä artikkeli on nopea päivitys kyseiseen kappaleeseen, ja siinä tarkastellaan joitain viimeaikaisista akkujen kehityksistä, jotka perustuvat litiumkemiaan - kuten niitä, jotka saavat suurimman osan älypuhelimista.

Tarkastellaan lähemmin sitä, mikä lyhentää puhelimesi akun käyttöikää ajan myötä, ja kuinka suuren kapasiteetin tekniikat, kuten litium rikkiparistot ja litiummetallianodit, ovat lähempänä kuin koskaan aikaisempaa käytännöllisempää. Liity taukon jälkeen.

: Viimeisimmät läpimurtot puhelimen akkutekniikassa

Miksi akun kapasiteetti heikkenee ajan myötä

Kuvaluotto: Yhteinen energian varastointitutkimuksen keskus

Yhdysvaltojen energian varastointitutkimuksen yhteisen keskuksen johtama ryhmä onnistui keräämään todisteita prosesseista, jotka johtuvat litiumparistojen huonontumisesta ajan myötä . Alkuperäisessä artikkelissani mainitsin dendriittisten (haarautuvia kuin puu) kasvut litiummetalli-anodeilla ajan myötä vähentäen akun kapasiteettia.

Litiummetallin laskeuma Li-po-elektrodille ajan myötä

Luotto: Yhteinen energian varastointitutkimuksen keskus

Ryhmä kehitti uuden menetelmän käyttämällä STEM: ää (skannausläpäisyelektronimikroskopia - menetelmä uskomattoman pienten rakenteiden analysointiin) näiden litiumpolymeeriparistojen kerrostumien tarkkailemiseksi ajan myötä.

Litiumpariston anodi on se, joka määrää kokonaiskapasiteetin, ja nämä kasvut häiritsevät sitä, kuinka tehokkaasti anodi pystyy varastoimaan litiumioneja ja vähentää siten akun kapasiteettia. On myös osoitettu, että nämä litiummetallin dendriittiset kasvut voivat olla vaarallisia ja aiheuttaa sisäisiä vikoja, jotka johtavat akun ilmapalloon tai vielä pahempaa räjähtävään .

Näillä läpimurtokyvyillä tarkkailla tällaisia ​​prosesseja ryhmä on kyennyt määrittämään näitä kasvua hallitsevat tekijät, jotka auttavat alan tutkijoita parantamaan kaupallisten litiumpohjaisten akkujen pitkäikäisyyttä ja turvallisuutta.

Parannukset litium-rikkiä

Kuvaluotto: Kalifornian yliopisto

Litiumrikkitekniikkaa koskevien julkaistujen lehtien lukumäärä on lisääntynyt dramaattisesti, ja kuten aiemmin selitettiin, tekniikkaa pidetään seuraavana iteraationa litiumparitekniikassa, joka korvaa laajalti hyväksytyt litiumpolymeerikennot. Kiteyttää:

Litiumrikki on erittäin houkutteleva korvaus nykyiselle tekniikalle, koska se on yhtä helppo valmistaa, ja sen latauskapasiteetti on suurempi. Vielä parasta, se ei vaadi erittäin haihtuvia liuottimia, jotka vähentävät huomattavasti oikosulkujen ja lävistysten aiheuttamaa tulipalon riskiä.

Lisätietoja litiumrikki- ja muista tulevaisuuden akkutekniikoista

Äskettäin ryhmä Kalifornian yliopistosta on ratkaissut yhden litium-rikkikemiaan liittyvistä kysymyksistä ja julkaissut asiasta viime kuussa .

Kun Li-S-paristojen pitkäikäisyysongelmat on ratkaistu, tekniikka siirtyy edelleen kohti käytännön todellisuutta.

Varaus- ja purkausprosesseissa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden aikana muodostuu polysulfidiketjuja. Näiden ketjujen on virtaava elektrolyytin läpi ehjänä, ja tässä on ongelma, polysulfidi voi joskus liueta liuokseen ja vaikuttaa suuresti akun pitkäikäisyyteen.

Ryhmä kehitti menetelmän näiden polysulfidien päällystämiseksi nanopalloiksi käyttämällä ohutta piidioksidikerrosta (olennaisesti lasia), joka pitää polysulfidin poissa elektrolyytistä samalla kun se pystyy liikkumaan helposti sen läpi elektrodien välillä. Näiden kaltaisia ​​kysymyksiä ratkaisee jatkuvasti lukuisat ahkerat tutkimusryhmät, ja litium-rikkiparistojen tulevaisuus on puhelimissamme aina lähempänä joka päivä.

Litiummetallianodit tulevat toteutumaan

Kuvaluotto : SolidEnergy Systems

Jos muistat akkut futurologiaartikkelista, mainitsin, kuinka kyky käyttää litiummetallia anodina on anodimateriaalien "pyhä graali" anodimateriaalien lisäämästä kapasiteetista johtuen.

SolidEnergy Systems Corp. on osoittanut "anodittoman" litiumparistonsa, joka korvaa olennaisesti normaalit grafiitti- ja komposiittianodit ohuella litiummetallianodilla. He väittävät kaksinkertaistavan energiatiheyden verrattuna grafiittianodiin ja 50% verrattuna piikomposiittianodiin.

Uusimpien anodittomien akkujen väitetään kaksinkertaistavan puhelimen energian tiheyden tällä hetkellä.

Yllä oleva kuva, jonka SolidEnergy on julkaissut, auttaa osoittamaan koon dramaattisen pienenemisen, vaikka minun on mainittava, että se on hieman harhaanjohtava. Sekä Xiaomi- että Samsung-akut on suunniteltu vaihdettaviksi, joten niissä olisi ylimääräinen muovikuori ja lisäelektroniikka, kuten latauspiiri tai jopa (joissakin Samsung-akkuissa) NFC-antenni.

BBC: n uutisraportissa on kuitenkin huomattava kokoero iPhonen 1, 8 Ah: n sisäisen akun ja 2, 0 Ah: n SolidEnergy -akun välillä.

Mitä se kaikki tarkoittaa

Useiden valmistajien lippulaivapuhelimien - mukaan lukien Samsungin Galaxy S6 ja Applen iPhone 6 - kanssa pyrkiessä ohuempiin malleihin, tiheämpien paristojen tarve kasvaa entisestään. Lisää akkuvirtaa pienemmälle alueelle avaa myös mahdollisuuden saada usean päivän käyttö pois suuremmista "phablet" -tyyppisistä matkapuhelimista, samalla kun tarjotaan enemmän mehua tulevaisuuden virtaa nälkäisille prosessoreille.

Etsimme tulevaisuutta, jossa on helpompaa kuin koskaan välttää pelätyn älypuhelimen akku.

Ja kun kyse on litium rikkiparistoista, oikosulun tai puhkeamisen vähentyneen paloriskin pitäisi tehdä laitteistamme turvallisempia käyttöä ja vähemmän vaarallisia (ja kalliita) valmistajien kuljettamiselle.

Yhdistä tämä viimeaikaiseen edistymiseen nopeamman lataamisen ja langattoman latauksen viime vuosien kasvun suhteen. Katsomme tulevaisuutta, jossa on entistä helpompaa välttää tyhjentynyt älypuhelimen akku.

Joten kun alamme nähdä näiden uusien tekniikoiden tulevan saataville? SolidEnergy arvioi, että sen anodoton ratkaisu tulee markkinoille vuonna 2016, ja tarkastelemme samanlaista aikataulua myös Li-S-akkuille, ottaen huomioon tämän tekniikan viimeaikainen kehitys. Se ei tarkoita, että he toimittavat todellisissa mobiililaitteissa seuraavana vuonna - kuitenkin akkutekniikan vallankumous, jota olemme kaikki odottaneet, eivät voi olla kaukana.

Lisää futurologiaa: Lue älypuhelintekniikan tulevaisuudesta

Viitteet

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 ja ND: n ruskeutuminen, litiumakkujen nanomittakaavan prosessien havaitseminen ja kvantifiointi Operando Electrochemical (S) TEM: llä, Nano Letters, 2015. 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 ja Y. Cui, toisiinsa liitetyt ontot hiilinanopallot vakaille litiummetallianodeille, Nat Nano, 2014. 9 (8): s. 618-623.
3. B. Campbell, J. Bell, H. Hosseini Bay, Z. Favors, R. Ionescu, CS Ozkan ja M. Ozkan, SiO2-päällystetyt rikkipartikkelit lievästi pelkistetyllä grafeenioksidilla katodimateriaalina litium-rikkiparistoille, nanomittakaava, 2015.
4. Y. Yang, G. Zheng ja Y. Cui, Nanostrukturoidut rikkikatodit, Chemical Society Reviews, 2013. 42 (7): s. 3018-3032.
5. W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, ZW Seh, H. Yao ja Y. Cui, Eri johtavien polymeerien roolin ymmärtäminen parantamalla nanostrukturoidun rikin katodin suorituskykyä, Nano Letters, 2013. 13 (11): p. 5534-5540.