Mục lục:
- Tại sao dung lượng pin của bạn giảm theo thời gian
- Những cải tiến trong lưu huỳnh
- Cực dương kim loại liti sắp thành công
- Nó có nghĩa là gì
- Tài liệu tham khảo
Quay trở lại vào đầu năm trong loạt Smartphone Futurology của chúng tôi, chúng tôi đã thảo luận về công nghệ đằng sau pin trong điện thoại thông minh và những gì sẽ đến trong tương lai. Bài viết này là một bản cập nhật nhanh cho phần đó, xem xét một số phát triển gần đây về pin dựa trên hóa học Lithium - giống như những thứ cung cấp năng lượng cho đại đa số điện thoại thông minh.
Chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn những gì làm giảm tuổi thọ pin điện thoại của bạn theo thời gian và làm thế nào các công nghệ dung lượng cao như pin Lithium Sulfur và cực dương kim loại Lithium gần hơn bao giờ hết để trở nên thiết thực. Tham gia với chúng tôi sau giờ nghỉ.
: Những đột phá mới nhất trong công nghệ pin điện thoại
Tại sao dung lượng pin của bạn giảm theo thời gian
Tín dụng hình ảnh: Trung tâm nghiên cứu lưu trữ năng lượng chung
Một nhóm do Trung tâm nghiên cứu lưu trữ năng lượng ở Mỹ dẫn đầu đã thu thập được bằng chứng về các quá trình đằng sau sự suy giảm của pin lithium theo thời gian . Trong bài viết gốc của tôi, tôi đã đề cập đến sự tăng trưởng đuôi gai (phân nhánh như một cái cây) trên cực dương kim loại lithium theo thời gian làm giảm dung lượng pin.
Tín dụng: Trung tâm nghiên cứu lưu trữ năng lượng chung
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp mới bằng cách sử dụng STEM (kính hiển vi điện tử quét - một phương pháp phân tích các cấu trúc cực kỳ nhỏ) để quan sát các cặn lắng này trong pin lithium polymer theo thời gian.
Cực dương của pin lithium là yếu tố quyết định tổng công suất và những sự tăng trưởng này làm gián đoạn hiệu quả của cực dương có thể lưu trữ các ion lithium và do đó làm giảm dung lượng của pin. Nó cũng đã được chứng minh rằng sự tăng trưởng đuôi gai của kim loại lithium có thể nguy hiểm và gây ra các hỏng hóc bên trong dẫn đến bong bóng pin, hoặc thậm chí tệ hơn, phát nổ .
Với những khả năng đột phá này để quan sát các quá trình như vậy, nhóm nghiên cứu đã có thể xác định các yếu tố kiểm soát sự tăng trưởng này sẽ giúp các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực cải thiện tuổi thọ và an toàn của pin dựa trên lithium thương mại.
Những cải tiến trong lưu huỳnh
Tín dụng hình ảnh: Đại học California
Đã có sự gia tăng đáng kể số lượng bài báo được công bố về công nghệ lưu huỳnh lithium, và như đã giải thích trước đây, công nghệ này được xem là bước lặp tiếp theo trong công nghệ pin lithium, thay thế cho các tế bào lithium polymer được áp dụng rộng rãi. Tóm lại:
Lithium-lưu huỳnh là một sự thay thế cực kỳ hấp dẫn cho các công nghệ hiện tại vì nó dễ sản xuất, có khả năng sạc cao hơn. Vẫn tốt hơn, nó không yêu cầu các dung môi dễ bay hơi, giúp giảm đáng kể nguy cơ hỏa hoạn do chập và thủng.
Thông tin thêm về Lithium-lưu huỳnh và các công nghệ pin khác trong tương lai
Gần đây, một nhóm từ Đại học California đã giải quyết một trong những vấn đề xung quanh hóa học lithium-lưu huỳnh, xuất bản một bài báo về nó vào tháng trước .
Khi các vấn đề về tuổi thọ của pin Li-S được giải quyết, công nghệ này tiến xa hơn để trở thành một thực tế thực tế.
Trong các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình tích điện và phóng điện, chuỗi polysulfide được hình thành. Các chuỗi này phải chảy qua chất điện phân nguyên vẹn và đây là vấn đề nằm ở chỗ, polysulfide đôi khi có thể hòa tan vào dung dịch và ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của pin.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp phủ các polysulfide này vào các ống nano bằng cách sử dụng một lớp silicon dioxide mỏng (chủ yếu là thủy tinh), giúp polysulfide tránh khỏi chất điện phân trong khi có thể di chuyển dễ dàng qua nó giữa các điện cực. Với những vấn đề như thế này liên tục được giải quyết bởi nhiều nhóm nghiên cứu làm việc chăm chỉ, tương lai của pin lithium-lưu huỳnh sẽ ở trong điện thoại của chúng ta gần hơn mỗi ngày.
Cực dương kim loại liti sắp thành công
Tín dụng hình ảnh: Hệ thống SolidEnergy
Nếu bạn còn nhớ từ bài báo về tương lai pin, tôi đã đề cập đến việc làm thế nào để có thể sử dụng kim loại lithium làm cực dương là "chén thánh" của vật liệu cực dương do công suất bổ sung mà chúng mang lại.
SolidEnergy Systems Corp đã trình diễn pin lithium "anodless" của họ, về cơ bản thay thế các cực dương than chì và composite thông thường bằng cực dương kim loại lithium mỏng. Họ tuyên bố họ tăng gấp đôi mật độ năng lượng so với cực dương than chì và 50% so với cực dương hỗn hợp silicon.
Pin 'anodless' mới nhất tuyên bố sẽ tăng gấp đôi mật độ năng lượng của những gì trong điện thoại của bạn ngay bây giờ.
Hình ảnh trên mà SolidEnergy đã công bố giúp cho thấy việc giảm đáng kể kích thước, mặc dù tôi nên đề cập đến nó hơi sai lệch. Cả pin Xiaomi và Samsung đều được thiết kế để có thể thay thế, do đó, sẽ có thêm vỏ nhựa và các thiết bị điện tử bổ sung như mạch sạc hoặc thậm chí (trong một số pin Samsung) ăng-ten NFC.
Tuy nhiên, đã nói rằng, bạn có thể thấy sự khác biệt kích thước đáng kể giữa pin bên trong 1.8 Ah của iPhone và gói pin 2.0 Ah SolidEnergy trong báo cáo tin tức của BBC.
Nó có nghĩa là gì
Với một số điện thoại hàng đầu của một số nhà sản xuất - bao gồm Galaxy S6 của Samsung và iPhone 6 của Apple - đang hướng tới các thiết kế mỏng hơn, nhu cầu sử dụng pin dày hơn càng trở nên lớn hơn. Việc nhồi nhét thêm pin vào một khu vực nhỏ hơn cũng mở ra khả năng sử dụng nhiều thiết bị cầm tay kiểu "phablet" lớn hơn, đồng thời cung cấp nhiều nước hơn cho các bộ xử lý ngốn điện trong tương lai.
Chúng ta đang nhìn vào một tương lai nơi sẽ dễ dàng hơn bao giờ hết để tránh pin điện thoại thông minh chết chóc đáng sợ.
Và khi nói đến pin lithium-lưu huỳnh, việc giảm nguy cơ hỏa hoạn do chập điện hoặc làm thủng sẽ giúp thiết bị của chúng ta an toàn hơn khi sử dụng và ít nguy hiểm hơn (và tốn kém) cho các nhà sản xuất vận chuyển.
Kết hợp điều này với tiến bộ gần đây hướng tới sạc nhanh hơn và sự phát triển của sạc không dây trong những năm gần đây và chúng ta đang nhìn vào một tương lai, nơi sẽ dễ dàng hơn bao giờ hết để tránh pin điện thoại thông minh bị chết.
Vậy khi nào chúng ta sẽ bắt đầu thấy những công nghệ mới này trở nên có sẵn? SolidEnergy ước tính giải pháp "anodless" của mình sẽ được tung ra thị trường vào năm 2016 và chúng tôi đang xem xét một thời gian biểu tương tự cho pin Li-S, dựa trên những phát triển gần đây xung quanh công nghệ này. Điều đó không có nghĩa là họ sẽ xuất xưởng trong các thiết bị di động thực tế trong năm tới - tuy nhiên, cuộc cách mạng về công nghệ pin mà tất cả chúng ta đang chờ đợi không thể đi xa được.
Tương lai khác: Đọc về tương lai của công nghệ điện thoại thông minh
Tài liệu tham khảo
- 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, và ND Browning, Quan sát và định lượng các quy trình nano trong pin lithium bằng hoạt động điện hóa của Sando (S) TEM, Nano Letters, 2015. 15 (3): p. 2168-2173.
- G. Trịnh, SW Lee, Z. Liang, H.-W. Lee, K. Yan, H. Yao, H. Wang, W. Li, S. Chu và Y. Cui, các ống nano carbon rỗng liên kết với nhau cho cực dương kim loại lithium ổn định, Nat Nano, 2014. 9 (8): p. 618-623.
- B. Các hạt lưu huỳnh B. Campbell, J. Bell, H., 2015.
- Y. Yang, G. Zheng và Y. Cui, catốt lưu huỳnh có cấu trúc nano, Nhận xét của Hội hóa học, 2013. 42 (7): p. 3018-3032.
- W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, ZW Seh, H. Yao và Y. Cui, Hiểu vai trò của các polyme dẫn điện khác nhau trong việc cải thiện hiệu suất Cathode lưu huỳnh cấu trúc nano, Nano Letters, 2013. 13 (11): p. 5534-5540.
