สารบัญ:
- ทำไมความจุของแบตเตอรี่จึงลดลงเมื่อเวลาผ่านไป
- การปรับปรุงใน Lithium-Sulphur
- Anodes โลหะลิเธียมมาถึงการบรรลุผล
- มันหมายถึงอะไรทั้งหมด
- อ้างอิง
ย้อนกลับไปเมื่อต้นปีในสมาร์ทโฟนรุ่น Futurology เราได้พูดถึงเทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังแบตเตอรี่ในสมาร์ทโฟนและสิ่งที่จะเกิดขึ้นในอนาคต บทความนี้เป็นการอัปเดตอย่างรวดเร็วสำหรับชิ้นส่วนนั้นดูที่การพัฒนาล่าสุดของแบตเตอรี่ที่ใช้เคมีลิเธียม - เหมือนกับที่ให้พลังงานกับสมาร์ทโฟนส่วนใหญ่
เราจะตรวจสอบสิ่งที่ช่วยลดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของโทรศัพท์ของคุณอย่างใกล้ชิดตลอดเวลาและเทคโนโลยีความจุสูงเช่นแบตเตอรี่ลิเธียมซัลเฟอร์และแอโนดโลหะลิเธียมใกล้เข้ามามากขึ้นกว่าเดิม เข้าร่วมกับเราหลังจากหยุด
: ความก้าวหน้าครั้งล่าสุดในเทคโนโลยีแบตเตอรี่โทรศัพท์
ทำไมความจุของแบตเตอรี่จึงลดลงเมื่อเวลาผ่านไป
เครดิตภาพ: ศูนย์วิจัยการเก็บพลังงานร่วม
กลุ่มที่นำโดยศูนย์วิจัยพลังงานเก็บร่วมในสหรัฐอเมริกาสามารถรวบรวมหลักฐานเกี่ยวกับกระบวนการที่อยู่เบื้องหลังการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมเมื่อเวลาผ่านไป . ในบทความต้นฉบับของฉันฉันได้กล่าวถึงการเจริญเติบโต dendritic (กิ่งก้านเหมือนต้นไม้) บน anodes โลหะลิเธียมเมื่อเวลาผ่านไปลดความจุของแบตเตอรี่
เครดิต: ศูนย์วิจัยการเก็บพลังงานร่วม
ทีมได้พัฒนาวิธีการใหม่โดยใช้ STEM (การสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านส่งสัญญาณซึ่งเป็นวิธีการวิเคราะห์โครงสร้างขนาดเล็กอย่างไม่น่าเชื่อ) เพื่อสังเกตการสะสมเหล่านี้ในแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์เมื่อเวลาผ่านไป
ขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมคือสิ่งที่กำหนดความจุทั้งหมดและการเจริญเติบโตเหล่านี้รบกวนประสิทธิภาพของขั้วบวกในการจัดเก็บลิเธียมไอออนซึ่งจะช่วยลดความจุของแบตเตอรี่ นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าการเติบโตของโลหะลิเธียมที่เป็นอันตรายเหล่านี้อาจเป็นอันตรายและทำให้เกิดความล้มเหลวภายในซึ่งนำไปสู่การบอลลูนแบตเตอรี่หรือที่แย่กว่านั้นคือการระเบิด .
ด้วยความสามารถขั้นสูงเหล่านี้ในการสังเกตกระบวนการดังกล่าวทีมสามารถกำหนดปัจจัยที่ควบคุมการเจริญเติบโตเหล่านี้ซึ่งจะช่วยให้นักวิจัยในสาขาปรับปรุงอายุการใช้งานและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมที่ใช้ในเชิงพาณิชย์
การปรับปรุงใน Lithium-Sulphur
เครดิตภาพ: มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย
มีการตีพิมพ์เอกสารจำนวนมากเกี่ยวกับเทคโนโลยีลิเธียมซัลเฟอร์และตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้เทคโนโลยีถูกมองว่าเป็นการทำซ้ำครั้งต่อไปในเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมแทนที่เซลล์ลิเธียมโพลีเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย วิธีการสรุป:
ลิเธียม - ซัลเฟอร์เป็นสิ่งทดแทนที่น่าสนใจอย่างมากสำหรับเทคโนโลยีในปัจจุบันเนื่องจากเป็นเรื่องง่ายที่จะผลิตมีความจุในการชาร์จที่สูงขึ้น ยังดีกว่าไม่ต้องใช้ตัวทำละลายที่ระเหยได้ง่ายซึ่งช่วยลดความเสี่ยงจากไฟไหม้จากการลัดวงจรและการเจาะทะลุ
เพิ่มเติมเกี่ยวกับลิเธียม - ซัลเฟอร์และเทคโนโลยีแบตเตอรี่อื่น ๆ ในอนาคต
เมื่อเร็ว ๆ นี้กลุ่มหนึ่งจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียได้แก้ไขปัญหาหนึ่งที่เกี่ยวกับเคมีลิเธียม - ซัลเฟอร์โดยการตีพิมพ์บทความเมื่อเดือนที่แล้ว .
เนื่องจากปัญหาเกี่ยวกับอายุการใช้งานที่ยาวนานของแบตเตอรี่ Li-S นั้นได้รับการแก้ไขเทคโนโลยีจึงก้าวไปสู่การเป็นจริงอย่างแท้จริง
ระหว่างปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นในกระบวนการประจุและการปลดปล่อยโซ่โพลีซัลไฟด์จะเกิดขึ้น โซ่เหล่านี้จะต้องไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์เหมือนเดิมและนี่คือจุดที่ปัญหาอยู่บางครั้งโพลีซัลไฟด์ก็สามารถละลายลงในสารละลายได้ และส่งผลกระทบอย่างมากต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่
กลุ่มพัฒนาวิธีการเคลือบโพลีซัลไฟด์เหล่านี้ลงในนาโนสเฟียร์โดยใช้ชั้นบาง ๆ ของซิลิคอนไดออกไซด์ (แก้วเป็นหลัก) ซึ่งช่วยให้โพลีซัลไฟด์ห่างจากอิเล็กโทรไลต์ในขณะที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านขั้วไฟฟ้าได้ง่าย ด้วยปัญหาเช่นนี้ได้รับการแก้ไขอย่างต่อเนื่องโดยกลุ่มวิจัยที่ทำงานหนักหลายครั้งอนาคตของแบตเตอรี่ลิเธียมกำมะถันที่อยู่ในโทรศัพท์ของเราจะใกล้ชิดกันทุกวัน
Anodes โลหะลิเธียมมาถึงการบรรลุผล
เครดิตภาพ: ระบบ SolidEnergy
หากคุณจำได้จากบทความเกี่ยวกับอนาคตของแบตเตอรี่ฉันพูดถึงความสามารถในการใช้โลหะลิเธียมเนื่องจากขั้วบวกคือ "จอกศักดิ์สิทธิ์" ของวัสดุแอโนดเนื่องจากความสามารถที่เพิ่มขึ้น
SolidEnergy Systems Corp. ได้แสดงแบตเตอรี่ลิเธียม "anodeless" ของพวกเขาซึ่งเป็นหลักแทนที่กราไฟท์ปกติและคอมโพสิตขั้วบวกด้วยแอโนดโลหะลิเธียมบาง ๆ พวกเขาอ้างว่าพวกเขามีความหนาแน่นของพลังงานเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับขั้วบวกกราไฟท์และ 50% เมื่อเทียบกับขั้วบวกคอมโพสิตซิลิคอน
แบตเตอรี่ 'anodeless' ล่าสุดเรียกร้องให้เพิ่มความหนาแน่นของพลังงานในโทรศัพท์ของคุณเป็นสองเท่า
ภาพด้านบนที่ SolidEnergy ได้ตีพิมพ์ช่วยแสดงการลดขนาดลงอย่างมากถึงแม้ว่าฉันควรจะพูดถึงว่ามันทำให้เข้าใจผิดเล็กน้อย ทั้งแบตเตอรี่ Xiaomi และ Samsung ออกแบบมาให้สามารถเปลี่ยนได้ดังนั้นจะมีเปลือกพลาสติกเพิ่มเติมและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพิ่มเติมเช่นวงจรการชาร์จหรือแม้กระทั่ง (ในแบตเตอรี่ Samsung บางรุ่น) เสาอากาศ NFC
อย่างไรก็ตามเมื่อกล่าวว่าคุณสามารถเห็นความแตกต่างของขนาดที่สำคัญระหว่างแบตเตอรี่ภายใน 1.8 Ah ของ iPhone และแบตเตอรี่ 2.0 Ah SolidEnergy ในรายงานข่าวของ BBC
มันหมายถึงอะไรทั้งหมด
ด้วยโทรศัพท์เรือธงของผู้ผลิตหลายรายรวมถึง Samsung Galaxy S6 และ iPhone 6 ของ Apple ที่ผลักดันการออกแบบให้บางลงความต้องการแบตเตอรี่ที่หนาแน่นยิ่งขึ้น การใช้พลังงานแบตเตอรีที่มากขึ้นในพื้นที่ขนาดเล็กนั้นยังเปิดโอกาสให้มีการใช้งานโทรศัพท์มือถือสไตล์ "phablet" ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นในขณะที่ให้น้ำผลไม้สำหรับโปรเซสเซอร์ที่ใช้พลังงานมากขึ้นในอนาคต
เรากำลังดูอนาคตที่จะง่ายขึ้นกว่าเดิมเพื่อหลีกเลี่ยงแบตเตอรี่สมาร์ทโฟนที่น่าสะพรึงกลัว
และเมื่อพูดถึงแบตเตอรี่ลิเธียมกำมะถันความเสี่ยงที่ลดลงจากไฟไหม้จากการลัดวงจรหรือการเจาะควรทำให้อุปกรณ์ของเราปลอดภัยในการใช้งานและอันตรายน้อยลง (และค่าใช้จ่ายสูง) สำหรับผู้ผลิตในการขนส่ง
รวมสิ่งนี้เข้ากับความคืบหน้าเมื่อเร็ว ๆ นี้เพื่อการชาร์จที่เร็วขึ้นและการเติบโตของการชาร์จแบบไร้สายในปีที่ผ่านมาและเรากำลังมองหาอนาคตที่จะง่ายขึ้นกว่าเดิมเพื่อหลีกเลี่ยงแบตเตอรี่สมาร์ทโฟนที่ตายแล้ว
ดังนั้นเมื่อไหร่เราจะเริ่มเห็นเทคโนโลยีใหม่เหล่านี้พร้อมใช้งาน? SolidEnergy คาดการณ์ว่าโซลูชัน "anodeless" จะเข้าสู่ตลาดในปี 2559 และเรากำลังมองหาตารางเวลาที่คล้ายกันสำหรับแบตเตอรี่ Li-S เช่นกันเนื่องจากการพัฒนาล่าสุดของเทคโนโลยีนี้ ไม่ได้หมายความว่าพวกเขาจะจัดส่งในอุปกรณ์มือถือจริงในปีหน้า - อย่างไรก็ตามการปฏิวัติของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่เราทุกคนรอคอยอยู่ไม่ไกล
Futurology เพิ่มเติม: อ่านเกี่ยวกับอนาคตของเทคโนโลยีสมาร์ทโฟน
อ้างอิง
- BL Mehdi, J. Qian, Nasybulin, C. Park, DA Welch, R. Faller, H. Mehta, WA เฮนเดอร์สัน, W. Xu, CM Wang, JE Evans, J. Liu, JG Zhang, KT Mueller และ ND Browning, การสังเกตและการหาปริมาณของกระบวนการนาโนในแบตเตอรี่ลิเธียมโดย Operando Electrochemical (S) TEM, นาโนไทล์, 2015. 15 (3): p. 2168-2173
- G. Zheng, SW Lee, Z. Liang, H.-W. Lee, K. Yan, H. Yao, H. Wang, W. Li, S. Chu, และ Y. Cui, nanospheres คาร์บอนกลวงที่เชื่อมต่อระหว่างกันสำหรับแอโนดโลหะลิเธียมที่มีความเสถียรแนทนาโน, 2014 9 (8): p. 618-623
- B. Campbell, J. Bell, H. Hosseini Bay, Z. Favours, R. Ionescu, CS Ozkan, และ M. Ozkan, อนุภาคกำมะถันเคลือบ SiO2 ที่มีกราฟีนออกไซด์ลดลงเล็กน้อยเป็นวัสดุแคโทดสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมกำมะถัน Nanoscale 2558
- Y. Yang, G. Zheng และ Y. Cui, cathodes กำมะถันที่มีโครงสร้างนาโน, บทวิจารณ์ของ Chemical Chemical, 2013. 42 (7): p. 3018-3032
- W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, ZW Seh, H. Yao, และ Y. Cui, การทำความเข้าใจบทบาทของโพลีเมอร์นำไฟฟ้าที่แตกต่างกันในการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของแคโทดกำมะถัน Nanostructured Nan Letters, 2013 13 (11): p. 5534-5540
