תוכן עניינים:
- מדוע קיבולת הסוללה פוחתת עם הזמן
- שיפורים בליתיום-גופרית
- אנודות מתכת ליתיום שמתגשמות
- מה המשמעות של כל זה
- הפניות
בתחילת השנה בסדרת הפוטורולוגיה החכמה שלנו, דנו בטכנולוגיה שמאחורי הסוללה בסמארטפונים ומה עתיד לבוא. מאמר זה הוא עדכון מהיר ליצירה ההיא, תוך התבוננות בכמה מההתפתחויות האחרונות בסוללות המבוססות על כימיה של ליתיום - כמו אלה המניעות את הרוב המכריע של הטלפונים החכמים.
נבדוק מקרוב מה מקטין את חיי הסוללה של הטלפון שלך לאורך זמן, וכיצד טכנולוגיות בעלות קיבולת גבוהה כמו סוללות ליתיום גופרית ואנודות מתכת ליתיום קרובות מתמיד להיות מעשיות. הצטרפו אלינו אחרי הפגרה.
: פריצות הדרך האחרונות בטכנולוגיית סוללות הטלפון
מדוע קיבולת הסוללה פוחתת עם הזמן
אשראי תמונה: המרכז המשותף לחקר אחסון אנרגיה
קבוצה בראשות המרכז המשותף לחקר אחסון אנרגיה בארה"ב הצליחה לאסוף ראיות על התהליכים שמאחורי התדרדרות סוללות ליתיום לאורך זמן . במאמרי המקורי ציינתי את הצמיחה הדנדריטית (מסתעפת כמו עץ) על אנודות מתכת ליתיום לאורך זמן, תוך צמצום קיבולת הסוללה.
קרדיט: המרכז המשותף לחקר אחסון אנרגיה
הצוות פיתח שיטה חדשה באמצעות STEM (סריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים להולכה - שיטה לניתוח מבנים קטנים להפליא) בכדי לצפות במפקדים אלה בסוללת ליתיום פולימר לאורך זמן.
האנודה של סוללת ליתיום היא שקובעת את הקיבולת הכוללת, וגידולים אלה משבשים עד כמה היעיל האנודה מסוגלת לאגור יוני ליתיום ובכך מצמצמת את קיבולת הסוללה. הוכח גם כי גידולים דנדריטים אלה של מתכת ליתיום יכולים להיות מסוכנים ולגרום לתקלות פנימיות אשר מובילות להתפוצצות הסוללה, או גרוע מכך, להתפוצץ .
בעזרת יכולות פריצת דרך אלה להתבונן בתהליכים מסוג זה הצוות הצליח לקבוע את הגורמים השולטים על גידולים אלה אשר יסייעו לחוקרים בתחום לשפר את אורך החיים והבטיחות של סוללות ליתיום מבוססות.
שיפורים בליתיום-גופרית
קרדיט תמונה: אוניברסיטת קליפורניה
חלה עלייה דרמטית במספר העיתונים שפורסמו בנושא טכנולוגיית ליתיום גופרית, וכפי שהוסבר קודם לכן, הטכנולוגיה נחשבת לאיטרציה הבאה בטכנולוגיית סוללות ליתיום, המחליפה את תאי הפולימר של ליתיום שאומצו באופן נרחב. לסכם מחדש:
ליתיום גופרית הוא תחליף אטרקטיבי במיוחד לטכנולוגיות עכשוויות, מכיוון שהוא קל באותה ייצור לייצור, בעל יכולת טעינה גבוהה יותר. יתרה מכך, היא אינה דורשת ממסים נדיפים במיוחד אשר מצמצמים בצורה דרסטית את הסיכון לשריפה כתוצאה מקצרים ונקבים.
עוד על ליתיום-גופרית וטכנולוגיות סוללות עתידיות אחרות
לאחרונה פיתחה קבוצה מאוניברסיטת קליפורניה את אחד הנושאים סביב כימיה של ליתיום-גופרית, ופרסמה על כך כתבה בנושא בחודש שעבר. .
כאשר נפתרים בעיות עם אורך החיים של סוללות Li-S, הטכנולוגיה מתקדמת לעבר היותה מציאות מעשית.
במהלך התגובות הכימיות המתרחשות בתהליכי טעינה ופריקה נוצרות שרשראות פוליסולפיד. שרשראות אלה צריכות לזרום דרך האלקטרוליט שלם וכאן נמצא הבעיה, פוליסולפיד יכול לפעמים להתמוסס לפיתרון. ומשפיע מאוד על אורך החיים של הסוללה.
הקבוצה פיתחה שיטה לציפוי פוליסולפידים אלה לננו-ספירות באמצעות שכבה דקה של דו-תחמוצת סיליקון (למעשה זכוכית), אשר מרחיקה את הפוליסולפיד הרחק מהאלקטרוליט תוך יכולת לעבור דרכו בקלות בין האלקטרודות. כאשר סוגיות כמו אלה נפתרות ללא הרף על ידי קבוצות מחקר רבות העובדות קשה, עתידן של סוללות ליתיום גופרית נמצא בטלפונים שלנו מתקרב מדי יום ביומו.
אנודות מתכת ליתיום שמתגשמות
אשראי תמונה: SolidEnergy Systems
אם אתה זוכר ממאמר הפוטורולוגיה של הסוללה, ציינתי כיצד היכולת להשתמש במתכת ליתיום שכן האנודה היא "הגביע הקדוש" של חומרי האנודה בגלל הקיבולת הנוספת שהם מביאים.
חברת SolidEnergy Systems Corp. הראתה את סוללת הליתיום "חסרת האנודיים" שלה, המחליפה למעשה את הגרודים והאנודים המורכבים הרגילים באנודה ממתכת ליתיום דקה. לטענתם, הם מכפילים את צפיפות האנרגיה בהשוואה לאנודה גרפיט ו- 50% בהשוואה לאנודה מורכבת מסיליקון.
הסוללות האחרונות 'נטולות אנודיים' טוענות כי הן מכפלות את צפיפות האנרגיה של מה שיש בטלפון שלך כרגע.
התמונה לעיל שפרסמה SolidEnergy מסייעת להראות את הפחתה הדרסטית בגודל, אם כי עלי לציין שהיא מעט מטעה. גם סוללות ה- Xiaomi וגם של סמסונג מיועדות להחלפה, כך שיהיה בהן מעטפת פלסטיק נוספת ואלקטרוניקה נוספת כמו מעגל טעינה או אפילו (בחלק מהסוללות של סמסונג) אנטנה NFC.
עם זאת, לאחר שאמרנו זאת, תוכלו לראות את ההבדל המהותי בין הסוללה הפנימית של ה- iPhone של 1.8 Ah לבין סוללת ה- 2.0 Ah SolidEnergy בדוח החדשות של ה- BBC.
מה המשמעות של כל זה
עם טלפוני הדגל של כמה יצרנים - כולל Galaxy S6 של סמסונג ו- iPhone 6 של אפל - שדוחפים לעבר עיצובים דקים יותר, הצורך בסוללות צפופות יותר ויותר הולך וגדל. דחיסת יותר כוח סוללה לאזור קטן יותר פותחת גם אפשרות להוציא מספר ימי שימוש ממכשירים גדולים יותר בסגנון "phablet", תוך אספקת מיץ רב יותר למעבדים רעבי הכוח של העתיד.
אנו מסתכלים על עתיד בו יהיה קל מתמיד להימנע מהסוללה הסמארטפונית המתה האיומה.
וכשמדובר בסוללות ליתיום-גופרית, הסיכון המופחת לשריפה של קיצור או ניקוב של שריפה צריך להפוך את המכשירים שלנו לבטוחים יותר לשימוש, ופחות מסוכנים (ויקרים) עבור היצרנים להובלה.
שלב זאת עם ההתקדמות האחרונה לקראת טעינה מהירה יותר וצמיחת הטעינה האלחוטית בשנים האחרונות, ואנחנו מסתכלים על עתיד בו יהיה קל מתמיד להימנע מסוללת סמארטפון מתה.
אז מתי נתחיל לראות את הטכנולוגיות החדשות הללו זמינות? חברת SolidEnergy מעריכה שהפתרון "חסר האופן" שלה יפגע בשוק בשנת 2016 ואנחנו בוחנים לוח זמנים דומה גם לסוללות Li-S, לאור ההתפתחויות האחרונות סביב טכנולוגיה זו. זה לא אומר שהם ישלחו במכשירים ניידים בפועל בשנה הבאה - עם זאת, המהפכה בטכנולוגיית הסוללה שכולנו חיכינו לה לא יכולה להיות רחוקה משם.
פוטורולוגיה נוספת: קרא על עתידו של סמארטפון טק
הפניות
- 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, and ND השבהה, תצפית וכימות תהליכים ננומטריים בסוללות ליתיום על ידי Operando Electrochemical (S) TEM, Nano Letters, 2015. 15 (3): p. 2168-2173.
- ג 'זנג, SW Lee, Z. Liang, H.-W. לי, ק. יאן, ה. יאו, ה. וואנג, וו. לי, ש. צ'ו, וי. קואי, ננו-ספירות חלולות פחמן מחוברות לאנודות מתכת ליתיום יציבות, Nat Nano, 2014. 9 (8): p. 618-623.
- ב. קמפבל, ג'. בל, מפרץ חוסייני, ז. טובות, ר. יונסקו, מ.ס. אוזקן, ומ 'אוזקן, חלקיקי גופרית מצופים SiO2 עם תחמוצת גרפן מופחתת קלה כחומר קתודה לסוללות ליתיום-גופרית, ננו-מדד, 2015.
- Y. Yang, G. Zheng ו- Y. Cui, קתודות גופרית בננו-מבנים, ביקורות על החברה הכימית, 2013. 42 (7): p. 3018-3032.
- W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, ZW Seh, H. Yao ו- Y. Cui, הבנת תפקידם של פולימרים מוליכים שונים בשיפור ביצועי קתודת הגופרית בננו-מכתבים, מכתבי ננו, 2013. 13 (11): p. 5534-5540.
