Футурология 1.1: аккумуляторы меньшего размера и большей емкости ближе, чем когда-либо прежде

Еще в начале года в нашей серии «Смартфоны и футурологии» мы обсуждали технологию, лежащую в основе батареи в смартфонах, и то, что произойдет в будущем. Эта статья является быстрым обновлением этой статьи, в которой рассматриваются некоторые из последних разработок в области аккумуляторов на основе литиевой химии, например, тех, что используются для подавляющего большинства смартфонов.

Мы более подробно рассмотрим, что с течением времени сокращает срок службы батареи вашего телефона, и насколько технологии с высокой емкостью, такие как литиево-серные батареи и литий-металлические аноды, как никогда близки к практическому применению. Присоединяйтесь к нам после перерыва.

: Последние достижения в технологии аккумуляторов телефонов

Почему емкость вашей батареи со временем уменьшается

Изображение предоставлено Объединенным центром исследований в области накопления энергии.

Группе, возглавляемой Объединенным центром исследований в области накопления энергии в США, удалось собрать данные о процессах разрушения литиевых батарей с течением времени. , В своей оригинальной статье я упомянул рост дендритов (разветвление как дерево) на анодах из металлического лития с течением времени, уменьшая емкость батареи.

Осаждение металлического лития на электроде Li-Po с течением времени

Кредит: Объединенный центр исследований накопления энергии

Команда разработала новый метод с использованием STEM (сканирующая просвечивающая электронная микроскопия - метод анализа невероятно маленьких структур), чтобы наблюдать эти отложения в литий-полимерной батарее с течением времени.

Анод литиевой батареи - это то, что определяет общую емкость, и эти нарастания нарушают то, насколько эффективно анод способен хранить ионы лития и, таким образом, уменьшать емкость батареи. Также было показано, что эти дендритные образования металлического лития могут быть опасными и приводить к внутренним сбоям, которые приводят к взрыву батареи или, что еще хуже, взрыву , Благодаря этим прорывным способностям наблюдать за такими процессами команда смогла определить факторы, которые контролируют этот рост, что поможет исследователям в этой области повысить долговечность и безопасность коммерческих литиевых батарей.

Улучшения в литий-сере

Изображение предоставлено: Университет Калифорнии

Произошло резкое увеличение количества опубликованных работ по технологии литиевой серы, и, как объяснялось ранее, технология рассматривается как следующая итерация в технологии литиевых батарей, заменяющая широко распространенные литий-полимерные элементы. Напомним:

Литий-сера является чрезвычайно привлекательной заменой для современных технологий, так как она так же проста в производстве, имеет более высокую зарядную емкость. Более того, он не требует очень летучих растворителей, которые значительно снижают риск возгорания от короткого замыкания и проколов.

Подробнее о литий-серной и других будущих технологиях батарей

Недавно группа из Калифорнийского университета решила одну из проблем, связанных с химией лития и серы, опубликовав статью о ней в прошлом месяце. ,

По мере того, как решаются проблемы с долговечностью Li-S аккумуляторов, технология становится все более практичной.

Во время химических реакций, происходящих в процессах заряда и разряда, образуются полисульфидные цепи. Эти цепи должны протекать через неповрежденный электролит, и именно в этом заключается проблема, полисульфид может иногда растворяться в растворе. и сильно влияет на долговечность батареи.

Группа разработала метод покрытия этих полисульфидов в наносферы с использованием тонкого слоя диоксида кремния (в основном, стекла), который удерживает полисульфид от электролита, и в то же время может легко проходить через него между электродами. Учитывая то, что подобные проблемы постоянно решаются многочисленными трудолюбивыми исследовательскими группами, будущее литий-серных батарей в наших телефонах становится все ближе с каждым днем.

Литий-металлические аноды приносят свои плоды

Изображение предоставлено: SolidEnergy Systems

Если вы помните из статьи о футурологии батарей, я упомянул, что возможность использовать металлический литий в качестве анода является «святым Граалем» анодных материалов благодаря дополнительной емкости, которую они приносят.

Корпорация SolidEnergy Systems демонстрирует свою «без анодную» литиевую батарею, которая по существу заменяет нормальные графитовые и композитные аноды тонким анодом из металлического лития. Они утверждают, что удваивают плотность энергии по сравнению с графитовым анодом и на 50% по сравнению с кремниевым композитным анодом.

Новейшие «анодные» батареи утверждают, что удваивают плотность энергии, которая есть в вашем телефоне прямо сейчас

Приведенное выше изображение, опубликованное SolidEnergy, помогает показать резкое уменьшение размера, хотя я должен отметить, что оно немного вводит в заблуждение. Аккумуляторы Xiaomi и Samsung спроектированы так, чтобы их можно было заменить, поэтому они будут иметь дополнительную пластиковую оболочку и дополнительную электронику, такую как цепь зарядки или даже (в некоторых аккумуляторах Samsung) антенну NFC.

Однако, сказав это, вы можете увидеть существенную разницу в размерах между 1, 8 Ач внутренней батареи iPhone и 2, 0 Ач батареи SolidEnergy в новостях BBC.

Что все это значит

С появлением флагманских телефонов нескольких производителей, в том числе Samsung Galaxy S6 и Apple iPhone 6, стремящихся к более тонким конструкциям, потребность в более плотных батареях становится еще больше. Распределение большей емкости аккумулятора в меньшую область также открывает возможность использования нескольких дней в использовании более крупных телефонов в стиле «фаблет», обеспечивая при этом больше энергии для энергоемких процессоров будущего.

Мы смотрим в будущее, где будет проще, чем когда-либо, избежать страшной мертвой батареи смартфона.

А когда речь идет о литий-серных батареях, сниженный риск возгорания от короткого замыкания или прокола должен сделать наши устройства более безопасными в использовании и менее опасными (и дорогостоящими) для производителей при транспортировке.

Объедините это с недавним прогрессом в ускорении зарядки и ростом беспроводной зарядки в последние годы, и мы смотрим в будущее, где будет проще, чем когда-либо, избежать разряженной батареи смартфона.

Так когда же мы начнем видеть эти новые технологии доступными? По оценкам SolidEnergy, это решение без анодов появится на рынке в 2016 году, и мы рассматриваем аналогичное расписание для литий-ионных аккумуляторов, учитывая недавние разработки в области этой технологии. Это не значит, что они появятся в продаже на мобильных устройствах в следующем году - тем не менее, революция в технологии аккумуляторов, которую мы все ждали, не может быть далеко.

Подробнее о футурологии: читайте о будущем технологий смартфонов