Futurologi 1.1: baterai berkapasitas lebih kecil dan lebih tinggi lebih dekat daripada sebelumnya

Kembali pada awal tahun dalam seri Futurologi Smartphone kami, kami membahas teknologi di balik baterai di smartphone dan apa yang akan terjadi di masa depan. Artikel ini adalah pembaruan cepat untuk bagian itu, melihat beberapa perkembangan terbaru dalam baterai berdasarkan kimia Lithium - seperti yang menggerakkan sebagian besar smartphone.

Kami akan melihat lebih dekat apa yang mengurangi masa pakai baterai ponsel Anda dari waktu ke waktu, dan bagaimana teknologi berkapasitas tinggi seperti baterai Lithium Sulphur dan anoda logam Lithium lebih dekat dari sebelumnya menjadi praktis. Bergabunglah dengan kami setelah istirahat.

: Terobosan terbaru dalam teknologi baterai ponsel

Mengapa kapasitas baterai Anda berkurang dari waktu ke waktu

Kredit gambar: Pusat Gabungan untuk Riset Penyimpanan Energi

Sebuah kelompok yang dipimpin oleh Pusat Gabungan untuk Penelitian Penyimpanan Energi di AS berhasil mengumpulkan bukti tentang proses di balik kemunduran baterai lithium dari waktu ke waktu. . Dalam artikel asli saya, saya menyebutkan pertumbuhan dendritik (bercabang seperti pohon) pada anoda logam lithium dari waktu ke waktu mengurangi kapasitas baterai.

Endapan logam litium pada elektroda Li-po dari waktu ke waktu

Kredit: Pusat Gabungan untuk Penelitian Penyimpanan Energi

Tim mengembangkan metode baru menggunakan STEM (pemindaian mikroskop elektron transmisi - metode untuk menganalisis struktur yang sangat kecil) untuk mengamati endapan ini dalam baterai polimer lithium seiring waktu.

Anoda baterai lithium adalah yang menentukan kapasitas total, dan pertumbuhan ini mengganggu seberapa efisien anoda dapat menyimpan ion lithium dan dengan demikian mengurangi kapasitas baterai. Ini juga telah menunjukkan bahwa pertumbuhan dendritik logam lithium ini bisa berbahaya dan menyebabkan kegagalan internal yang menyebabkan baterai menggelembung, atau bahkan lebih buruk, meledak. .

Dengan kemampuan terobosan ini untuk mengamati proses tersebut, tim telah dapat menentukan faktor-faktor yang mengendalikan pertumbuhan ini yang akan membantu para peneliti di lapangan untuk meningkatkan umur panjang dan keamanan baterai berbasis lithium komersial.

Perbaikan dalam Lithium-Sulphur

Kredit gambar: University of California

Telah ada peningkatan dramatis dalam jumlah makalah yang diterbitkan tentang teknologi lithium sulfur, dan seperti yang dijelaskan sebelumnya teknologi dipandang sebagai iterasi berikutnya dalam teknologi baterai lithium, menggantikan sel polimer lithium yang diadopsi secara luas. Untuk rekap:

Lithium-sulfur adalah pengganti yang sangat menarik untuk teknologi saat ini karena mudah diproduksi, memiliki kapasitas pengisian yang lebih tinggi. Lebih baik lagi, itu tidak memerlukan pelarut yang sangat mudah menguap yang secara drastis mengurangi risiko korsleting dan tusukan.

Lebih lanjut tentang Lithium-sulfur dan teknologi baterai masa depan lainnya

Baru-baru ini, sebuah kelompok dari University of California telah memecahkan salah satu masalah seputar kimia lithium-sulfur, menerbitkan sebuah makalah tentang itu bulan lalu .

Ketika masalah dengan umur panjang baterai Li-S terpecahkan, teknologi bergerak lebih jauh menuju kenyataan praktis.

Selama reaksi kimia yang terjadi dalam proses pengisian dan pengosongan, rantai polisulfida terbentuk. Rantai ini harus mengalir melalui elektrolit utuh dan di sinilah masalahnya, polisulfida kadang-kadang dapat larut ke dalam larutan. dan sangat memengaruhi daya tahan baterai.

Kelompok ini mengembangkan metode pelapisan polisulfida ini menjadi nanosfer menggunakan lapisan tipis silikon dioksida (pada dasarnya kaca), yang membuat polisulfida menjauh dari elektrolit sementara mampu bergerak dengan mudah melalui itu antara elektroda. Dengan masalah seperti ini yang terus-menerus dipecahkan oleh banyak kelompok penelitian yang bekerja keras, masa depan baterai lithium-sulfur berada di ponsel kita semakin dekat setiap hari.

Lithium Metal Anodes mulai membuahkan hasil

Kredit gambar: Sistem SolidEnergy

Jika Anda ingat dari artikel futurologi baterai, saya menyebutkan bagaimana bisa menggunakan logam lithium karena anoda adalah "cawan suci" dari bahan anoda karena kapasitas ekstra yang mereka bawa.

SolidEnergy Systems Corp telah memamerkan baterai lithium "anodeless" mereka, yang pada dasarnya menggantikan grafit normal dan anoda komposit dengan anoda logam lithium tipis. Mereka mengklaim mereka menggandakan kepadatan energi dibandingkan dengan anoda grafit dan 50% dibandingkan dengan anoda komposit silikon.

Baterai 'anodeless' terbaru mengklaim menggandakan kepadatan energi dari apa yang ada di ponsel Anda saat ini.

Gambar di atas yang diterbitkan SolidEnergy membantu menunjukkan pengurangan drastis dalam ukuran, meskipun saya harus menyebutkan itu sedikit menyesatkan. Baterai Xiaomi dan Samsung dirancang agar dapat diganti, sehingga akan memiliki cangkang plastik tambahan dan elektronik tambahan seperti sirkuit pengisian daya atau bahkan (pada beberapa baterai Samsung) antena NFC.

Namun, setelah mengatakan itu, Anda dapat melihat perbedaan ukuran yang substansial antara baterai internal 1, 8 Ah iPhone dan baterai 2, 0 Ah SolidEnergy dalam laporan berita BBC.

Apa artinya semua itu

Dengan beberapa ponsel andalan pabrikan - termasuk Samsung Galaxy S6 dan Apple iPhone 6 - mendorong desain yang lebih tipis, kebutuhan baterai yang lebih padat menjadi semakin besar. Menjejalkan lebih banyak daya baterai ke area yang lebih kecil juga membuka kemungkinan penggunaan beberapa hari dari handset gaya "phablet" yang lebih besar, sambil menyediakan lebih banyak jus untuk prosesor yang haus daya di masa depan.

Kami sedang melihat masa depan yang lebih mudah dari sebelumnya untuk menghindari baterai ponsel pintar yang mati.

Dan ketika menyangkut baterai lithium-sulfur, pengurangan risiko kebakaran karena korslet atau menusuk akan membuat perangkat kita lebih aman untuk digunakan, dan lebih tidak berbahaya (dan mahal) bagi produsen untuk diangkut.

Kombinasikan ini dengan kemajuan terbaru menuju pengisian yang lebih cepat dan pertumbuhan pengisian nirkabel dalam beberapa tahun terakhir, dan kami sedang melihat masa depan di mana akan lebih mudah untuk menghindari baterai ponsel pintar yang mati.

Jadi kapan kita akan mulai melihat teknologi baru ini tersedia? SolidEnergy memperkirakan solusi "tanpa anodinya" akan memasuki pasar pada tahun 2016, dan kami juga sedang melihat jadwal yang sama untuk baterai Li-S, mengingat perkembangan terkini seputar teknologi ini. Itu tidak berarti mereka akan dikirim dalam perangkat seluler yang sebenarnya di tahun depan - namun, revolusi dalam teknologi baterai yang kita semua tunggu-tunggu tidak akan jauh.

Futurologi Lainnya: Baca tentang masa depan teknologi ponsel cerdas

Referensi

1. 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, dan ND Browning, Pengamatan dan Kuantifikasi Proses Skala nano dalam Baterai Lithium oleh Operando Electrochemical (S) TEM, Nano Letters, 2015. 15 (3): p. 2168-2173.
2. G. Zheng, SW Lee, Z. Liang, H.-W. Lee, K. Yan, H. Yao, H. Wang, W. Li, S. Chu, dan Y. Cui, nanosphere karbon berongga saling berhubungan untuk anoda logam lithium yang stabil, Nat Nano, 2014. 9 (8): p. 618-623.
3. B. Campbell, J. Bell, H. Hosseini Bay, Z. Favours, R. Ionescu, CS Ozkan, dan M. Ozkan, partikel sulfur berlapis SiO2 dengan graphene oxide tereduksi ringan sebagai bahan katoda untuk baterai lithium-sulfur, Nanoscale, 2015.
4. Y. Yang, G. Zheng, dan Y. Cui, katoda sulfur berstrukturnano, Chemical Society Review, 2013. 42 (7): p. 3018-3032.
5. W. Li, Q. Zhang, G. Zheng, ZW Seh, H. Yao, dan Y. Cui, Memahami Peran Polimer Konduktif Yang Berbeda dalam Meningkatkan Kinerja Sulfur Katoda Belerang Nanostruktur, Nano Letters, 2013. 13 (11): p. 5534-5540.