Kāpēc viedtālruņi var saņemt jaunināšanu ar šo jauno akumulatoru Tech

Pasaulē ir vairāk mobilo tālruņu nekā cilvēki. Gandrīz visi no tiem tiek darbināti ar uzlādējamiem litija jonu akumulatoriem, kas ir vissvarīgākais komponents, kas ļauj pārnēsāt elektronikas revolūciju pēdējo desmitgažu laikā. Neviena no šīm ierīcēm nebūtu pievilcīga lietotājiem, ja viņiem nebūtu pietiekami daudz jaudas, lai ilgtu vismaz vairākas stundas, bez īpaši smagas.

Litija jonu baterijas ir noderīgas arī lielākiem pielietojumiem, piemēram, elektriskajiem transportlīdzekļiem un viedtīklu enerģijas uzglabāšanas sistēmām. Un pētnieku jauninājumi materiālu zinātnē, kas vēlas uzlabot litija jonu baterijas, paver ceļu vēl vairākiem akumulatoriem ar vēl labāku veiktspēju. Jau tiek pieprasīts veidot lielas ietilpības baterijas, kas neuzliesmo vai eksplodē. Un daudzi cilvēki ir sapņojuši par mazākām, vieglākām baterijām, kas uzlādējas dažu minūšu laikā - vai pat sekundēs -, tomēr dienas laikā tās glabā pietiekami daudz enerģijas, lai darbinātu ierīci.

Pētnieki, piemēram, mani, domā vēl aizraujošāk. Automašīnas un tīkla glabāšanas sistēmas būtu vēl labākas, ja tās varētu iztukšot un desmitiem tūkstošu reižu uzlādēt daudzu gadu vai pat gadu desmitu laikā. Uzturēšanas ekipāžas un klienti mīlētu baterijas, kas varētu uzraudzīt sevi un nosūtīt brīdinājumus, ja tie būtu bojāti vai vairs nedarbojas maksimālā veiktspējā - vai pat varēja sevi novērst. Un tas nevar būt pārāk daudz sapņot par divējāda lietojuma baterijām, kas ir integrētas vienības struktūrā, palīdzot veidot viedtālruņa, automašīnas vai ēkas formu, vienlaikus darbinot tās funkcijas.

Viss, kas var kļūt iespējams, jo mans pētījums un citi palīdz zinātniekiem un inženieriem kļūt arvien prasmīgākiem kontrolēt un apstrādāt materiālus atsevišķu atomu mērogā.

Jaunie materiāli

Enerģijas uzglabāšanas attīstība lielā mērā būs atkarīga no materiālu zinātnes nepārtrauktas attīstības, esošo bateriju materiālu veiktspējas ierobežošanas un pilnīgi jaunu bateriju konstrukciju un kompozīciju izstrādes.

Akumulatoru nozare jau strādā, lai samazinātu litija jonu akumulatoru izmaksas, tostarp no dārgajiem kobaltiem no to pozitīvajiem elektrodiem, ko sauc par katodiem. Tas arī samazinātu šo bateriju izmaksas cilvēkam, jo ​​daudzas raktuves Kongo, pasaules vadošajā kobalta avotā, izmanto bērnus, lai veiktu sarežģītu manuālo darbu.

Skatiet arī: Šis pusi akumulators, Half Solar Cell Hybrid varētu būt pilnīgs spēļu mainītājs

Pētnieki meklē veidus, kā aizstāt kobalta saturošos materiālus ar katodiem, kas izgatavoti galvenokārt no niķeļa. Galu galā viņi var aizstāt niķeli ar mangānu. Katrs no šiem metāliem ir lētāks, bagātāks un drošāks, lai strādātu kopā ar tās priekšgājēju. Bet tie nāk ar kompromisu, jo tiem ir ķīmiskas īpašības, kas saīsina to bateriju kalpošanas laiku.

Pētnieki arī meklē litija jonu nomaiņu, kas pārvietojas starp diviem elektrodiem ar joniem un elektrolītiem, kas var būt lētāki un potenciāli drošāki, piemēram, tie, kas balstās uz nātriju, magniju, cinku vai alumīniju.

Mana pētniecības grupa aplūko iespējas izmantot divdimensiju materiālus, būtībā ļoti plānas vielu loksnes ar noderīgām elektroniskām īpašībām. Grafēns varbūt ir vispazīstamākais no tiem - oglekļa loksne, kas ir tikai viens atoms. Mēs vēlamies noskaidrot, vai dažādu divdimensiju materiālu slāņu uzkrāšana un tad infiltrācija kaudzē ar ūdeni vai citiem vadošiem šķidrumiem varētu būt galvenās bateriju sastāvdaļas, kas uzlādējas ļoti ātri.

Skatoties akumulatora iekšpusē

Tas nav tikai jauni materiāli, kas paplašina akumulatoru inovācijas pasauli: jaunas iekārtas un metodes ļauj pētniekiem redzēt, kas notiek bateriju iekšienē daudz vieglāk, nekā tas bija iespējams.

Agrāk pētnieki veica akumulatoru, izmantojot noteiktu uzlādes procesu vai ciklu skaitu, un pēc tam izņēma materiālu no akumulatora un pārbaudīja to pēc fakta. Tikai tad zinātnieki uzzinātu, kādas ķīmiskās izmaiņas notikušas procesa laikā, un secināja, kā faktiski darbojās akumulators un kas ietekmēja tā veiktspēju.

Bet tagad, pētnieki var skatīties bateriju materiālus, jo tie tiek pakļauti enerģijas uzglabāšanas procesam, analizējot pat to atomu struktūru un sastāvu reālā laikā. Mēs varam izmantot sarežģītas spektroskopijas metodes, piemēram, rentgena metodes, kas pieejamas ar daļiņu paātrinātāju, ko sauc par sinhrotronu, kā arī elektronu mikroskopus un skenēšanas zondes, lai skatītu jonu pārvietošanos un fiziskās struktūras mainās, kad enerģija tiek glabāta un atbrīvota no materiāliem akumulatorā.

Skatiet arī: Kā akumulatora izrāviens var novest pie elektriskajiem automobiļiem, kas maksā sekundēs

Šīs metodes ļauj pētniekiem, piemēram, man, iedomāties jaunas bateriju struktūras un materiālus, padarīt tos un redzēt, cik labi - vai ne - viņi strādā. Tādā veidā mēs varēsim saglabāt akumulatora materiālu revolūciju.

Šis raksts sākotnēji tika publicēts Veronica Augustyn sarunā. Lasiet oriģinālo rakstu šeit.