جدول المحتويات:
- لماذا تنخفض سعة البطارية مع مرور الوقت
- تحسينات في كبريت الليثيوم
- أنودات الليثيوم المعدنية آتية تؤتي ثمارها
- ماذا يعني كل ذلك
- المراجع
في بداية العام في سلسلة Smart Futurology للهواتف الذكية ، ناقشنا التكنولوجيا الكامنة وراء البطارية في الهواتف الذكية وما سيحدث في المستقبل. هذا المقال عبارة عن تحديث سريع لتلك القطعة ، حيث يبحث في بعض التطورات الحديثة في البطاريات القائمة على كيمياء الليثيوم - مثل تلك التي تشغل الغالبية العظمى من الهواتف الذكية.
سوف نلقي نظرة فاحصة على ما يقلل عمر بطارية هاتفك بمرور الوقت ، وكيف أصبحت التقنيات ذات السعة العالية مثل بطاريات ليثيوم الكبريت والأنودات المعدنية من الليثيوم أقرب من أي وقت مضى إلى أن تصبح عملية. انضم إلينا بعد الاستراحة.
: أحدث الإنجازات في تكنولوجيا بطارية الهاتف
لماذا تنخفض سعة البطارية مع مرور الوقت
صورة الائتمان: مركز مشترك لأبحاث تخزين الطاقة
تمكنت مجموعة يقودها المركز المشترك لأبحاث تخزين الطاقة في الولايات المتحدة من جمع الأدلة على العمليات وراء تدهور بطاريات الليثيوم مع مرور الوقت . في مقالتي الأصلية ، ذكرت نمو الشجرة (المتفرعة مثل شجرة) على أنودات الليثيوم المعدنية مع مرور الوقت لتقليل سعة البطارية.
الائتمان: المركز المشترك لأبحاث تخزين الطاقة
طور الفريق طريقة جديدة باستخدام STEM (المسح المجهر الإلكتروني للإرسال - طريقة لتحليل الهياكل الصغيرة بشكل لا يصدق) لمراقبة هذه الرواسب في بطارية ليثيوم بوليمر مع مرور الوقت.
أنود بطارية الليثيوم هو الذي يحدد السعة الكلية ، وتعيق هذه الزيادة مدى كفاءة الأنود في تخزين أيونات الليثيوم وبالتالي تقليل قدرة البطارية. لقد ثبت أيضًا أن هذه الزيادة الشديدة في معدن الليثيوم يمكن أن تكون خطيرة وتتسبب في حدوث أعطال داخلية تؤدي إلى تضخم البطارية ، أو الأسوأ من ذلك ، أن تنفجر .
مع هذه القدرات المتقدمة لمراقبة مثل هذه العمليات ، تمكن الفريق من تحديد العوامل التي تتحكم في هذه الزيادة والتي ستساعد الباحثين في هذا المجال على تحسين عمر وسلامة بطاريات الليثيوم التجارية.
تحسينات في كبريت الليثيوم
صورة الائتمان: جامعة كاليفورنيا
كانت هناك زيادة كبيرة في عدد الأوراق المنشورة حول تكنولوجيا كبريت الليثيوم ، وكما أوضح سابقًا ، يُنظر إلى التكنولوجيا على أنها التكرار التالي في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم ، لتحل محل خلايا بوليمر الليثيوم المعتمدة على نطاق واسع. إلى خلاصة:
يعد كبريت الليثيوم بديلاً جذابًا للغاية للتقنيات الحالية ، حيث إنه سهل الإنتاج ، ولديه قدرة شحن أعلى. والأفضل من ذلك ، أنها لا تتطلب مذيبات شديدة التقلب تقلل بشكل كبير من مخاطر نشوب حريق من التقرن والثقب.
المزيد عن ليثيوم الكبريت وغيرها من تقنيات البطاريات في المستقبل
في الآونة الأخيرة ، قامت مجموعة من جامعة كاليفورنيا بحل واحدة من القضايا التي تحيط بكيمياء الليثيوم والكبريت ، ونشرت ورقة عنها الشهر الماضي .
نظرًا لأنه قد تم حل المشكلات المتعلقة بطول عمر بطاريات Li-S ، فإن التكنولوجيا تتحرك أكثر نحو أن تصبح حقيقة عملية.
أثناء التفاعلات الكيميائية التي تحدث في عمليات الشحن والتفريغ ، يتم تشكيل سلاسل polysulfide. يجب أن تتدفق هذه السلاسل من خلال المنحل بالكهرباء كما هي حيث تكمن المشكلة ، يمكن أن يتحلل polysulfide في بعض الأحيان إلى الحل ويؤثر بشكل كبير على طول عمر البطارية.
طورت المجموعة طريقة لطلاء هذه polysulfides إلى نانوسفير باستخدام طبقة رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون (الزجاج بشكل أساسي) ، والتي تحافظ على polysulfide بعيدًا عن المنحل بالكهرباء بينما تكون قادرة على التحرك بسهولة من خلاله بين الأقطاب الكهربائية. مع حل مثل هذه المشكلات باستمرار بواسطة العديد من مجموعات الأبحاث التي تعمل بجد ، فإن مستقبل بطاريات الليثيوم والكبريت الموجود في هواتفنا يزداد تقريبًا كل يوم.
أنودات الليثيوم المعدنية آتية تؤتي ثمارها
صورة الائتمان: نظم SolidEnergy
إذا كنت تتذكر من مقالة مستقبلية للبطارية ، فقد ذكرت كيف تكون القدرة على استخدام معدن الليثيوم لأن الأنود هو "الكأس المقدسة" لمواد الأنود بسبب القدرة الإضافية التي يجلبونها.
تقوم شركة SolidEnergy Systems Corp بعرض بطارية الليثيوم "غير المؤكسدة" ، والتي تستبدل أساسًا الأنودات الجرافيتية والمركبة العادية بأنوود معدنية رقيقة من الليثيوم. يزعمون أنهم يضاعفون كثافة الطاقة مقارنة مع أنود الجرافيت و 50 ٪ مقارنة مع أنود السيليكون المركب.
تدعي أحدث البطاريات "عديمة الرائحة" مضاعفة كثافة الطاقة الموجودة في هاتفك الآن.
الصورة أعلاه التي نشرتها SolidEnergy تساعد في إظهار الانخفاض الحاد في الحجم ، على الرغم من أنني يجب أن أذكر أنها مضللة بعض الشيء. تم تصميم كل من بطاريات Xiaomi و Samsung بحيث تكون قابلة للاستبدال ، وبالتالي سيكون لها غلاف بلاستيكي إضافي وإلكترونيات إضافية مثل دائرة الشحن أو حتى (في بعض بطاريات Samsung) هوائي NFC.
ومع ذلك ، ومع ذلك ، يمكنك أن ترى الفرق الكبير في الحجم بين بطارية 1.8 Ah الداخلية من iPhone وحزمة البطارية 2.0 Ah SolidEnergy في تقرير أخبار BBC.
ماذا يعني كل ذلك
مع وجود العديد من الهواتف الرائدة في العديد من الشركات المصنّعة - بما في ذلك هواتف Samsung S6 و Apple iPhone 6 - التي تتجه نحو التصاميم الأرق ، أصبحت الحاجة إلى بطاريات أكثر كثافة. إن زيادة طاقة البطارية في منطقة أصغر يفتح أيضًا إمكانية الحصول على عدة أيام من الاستخدام من الهواتف المحمولة ذات طراز "phablet" الأكبر حجماً ، مع توفير المزيد من العصير للمعالجات المتعطشة للطاقة في المستقبل.
نحن نبحث في المستقبل حيث سيكون أسهل من أي وقت مضى لتجنب بطارية الهاتف الذكي القتلى اللعين.
وعندما يتعلق الأمر ببطاريات الليثيوم والكبريت ، فإن تقليل خطر نشوب حريق من التقلص أو التثقيب يجب أن يجعل أجهزتنا أكثر أمانًا في الاستخدام ، وأقل خطورة (ومكلفة) على المصنّعين للنقل.
ادمج هذا مع التقدم الذي تم إحرازه مؤخرًا نحو شحن أسرع ونمو الشحن اللاسلكي في السنوات الأخيرة ، ونحن ننظر إلى المستقبل حيث سيكون من الأسهل من أي وقت مضى تجنب بطارية الهاتف الذكي الميتة.
إذن متى سنرى رؤية هذه التقنيات الجديدة متاحة؟ تقدر SolidEnergy أن حلها "عديم الرائحة" سوف يصل إلى السوق في عام 2016 ، ونحن ننظر في جدول زمني مماثل لبطاريات Li-S أيضًا ، نظرًا للتطورات الأخيرة حول هذه التكنولوجيا. هذا لا يعني أنهم سيشحنون في الأجهزة المحمولة الفعلية في العام المقبل - ومع ذلك ، فإن الثورة في تكنولوجيا البطاريات التي ننتظرها جميعًا لا يمكن أن تكون بعيدة.
مزيد من علم المستقبل: اقرأ عن مستقبل تكنولوجيا الهواتف الذكية
المراجع
- BL Mehdi و J. Qian و E. Nasybulin و C. Park و DA Welch و R. Faller و H. Mehta و WA Henderson و W. Xu و CM Wang و JE Evans و J. Liu و JG Zhang و KT Mueller و and ND Browning ، ومراقبة وقياس عمليات المقياس النانوي في بطاريات الليثيوم بواسطة Operando Electrochemical (S) TEM ، Nano Letters ، 2015. 15 (3): p. 2168-2173.
- جي تشنغ ، سو لي ، زد ليانغ ، هـ. Lee و K. Yan و H. Yao و H. Wang و W. Li و S. Chu و Y. Cui ، الكربون النانوي المجوف المترابط من أجل أنودات معدن الليثيوم المستقرة ، Nat Nano ، 2014. 9 (8): p. 618-623.
- ب. كامبل ، جيه. بيل ، هـ. هوسيني باي ، زد فافورز ، ر. أيونسكو ، سي إس أوزكان ، و م. أوزكان ، جزيئات الكبريت المطلية بـ SiO2 مع أكسيد الجرافين المخفض بشكل معتدل كمواد كاثودية لبطاريات ليثيوم كبريت ، نانوسكال ، 2015.
- Y. Yang ، G. Zheng ، و Y. Cui ، كاثودات الكبريت ذات البنية النانوية ، مراجعات المجتمع الكيميائي ، 2013. 42 (7): ص. 3018-3032.
- و. لي ، ك. زانغ ، ج. زينج ، زد دبليو سه ، هـ. ياو ، ويوي تسوي ، فهم دور البوليمرات الموصلة المختلفة في تحسين أداء الكاثود الكبريتي ذو البنية النانوية ، رسائل نانو ، 2013. 13 (11): p. 5534-5540.
