Futurology 1.1: Kleinere Batterien mit höherer Kapazität sind näher als je zuvor

Bereits Anfang des Jahres haben wir in unserer Smartphone Futurology-Reihe die Technologie hinter dem Akku in Smartphones und die zukünftigen Entwicklungen besprochen. Dieser Artikel ist ein kurzes Update zu diesem Artikel, in dem einige der jüngsten Entwicklungen bei auf Lithium-Chemie basierenden Batterien - wie die, die die große Mehrheit der Smartphones mit Strom versorgen - behandelt werden.

Wir werden uns genauer ansehen, wie sich die Akkulaufzeit Ihres Telefons im Laufe der Zeit verkürzt und wie Technologien mit hoher Kapazität wie Lithium-Schwefel-Akkus und Lithium-Metall-Anoden mehr denn je in die Praxis umsetzen lassen. Mach mit nach der Pause.

: Die neuesten Durchbrüche in der Telefonbatterietechnologie

Warum die Kapazität Ihres Akkus mit der Zeit abnimmt

Bildnachweis: Gemeinsames Zentrum für Energiespeicherforschung

Einer Gruppe, die vom Joint Center for Energy Storage Research in den USA geleitet wurde, gelang es, Beweise für die Prozesse zu sammeln, die hinter der Verschlechterung der Lithiumbatterien im Laufe der Zeit stehen . In meinem ursprünglichen Artikel erwähnte ich das dendritische Wachstum (Verzweigung wie ein Baum) von Lithiummetallanoden im Laufe der Zeit, wodurch die Batteriekapazität verringert wurde.

Lithiummetallablagerung auf der Li-Po-Elektrode im Laufe der Zeit

Credit: Gemeinsames Zentrum für Energiespeicherforschung

Das Team entwickelte eine neue Methode mit STEM (Raster-Transmissionselektronenmikroskopie - eine Methode zur Analyse unglaublich kleiner Strukturen), um diese Ablagerungen in einer Lithium-Polymer-Batterie über die Zeit zu beobachten.

Die Anode einer Lithiumbatterie bestimmt die Gesamtkapazität, und diese Wachstumsraten stören, wie effizient die Anode Lithiumionen speichern und somit die Kapazität der Batterie verringern kann. Es wurde auch gezeigt, dass diese dendritischen Wucherungen von Lithiummetall gefährlich sein und interne Fehler verursachen können, die dazu führen, dass die Batterie im Ballon aufsteigt oder schlimmer noch, explodiert .

Mit diesen bahnbrechenden Fähigkeiten, solche Prozesse zu beobachten, konnte das Team die Faktoren bestimmen, die dieses Wachstum steuern und Forschern auf diesem Gebiet dabei helfen, die Langlebigkeit und Sicherheit von kommerziellen Lithium-Batterien zu verbessern.

Verbesserungen bei Lithium-Schwefel

Bildnachweis: University of California

Die Anzahl der veröffentlichten Artikel zur Lithium-Schwefel-Technologie hat dramatisch zugenommen, und wie bereits erläutert, wird diese Technologie als die nächste Iteration in der Lithium-Batterie-Technologie angesehen, die die weit verbreiteten Lithium-Polymer-Zellen ersetzt. Um es zusammenzufassen:

Lithium-Schwefel ist ein äußerst attraktiver Ersatz für aktuelle Technologien, da es ebenso einfach herzustellen ist und eine höhere Ladekapazität aufweist. Besser noch, es werden keine leichtflüchtigen Lösungsmittel benötigt, was die Brandgefahr durch Kurzschluss und Durchschlag drastisch verringert.

Mehr zu Lithium-Schwefel und anderen zukünftigen Batterietechnologien

Kürzlich hat eine Gruppe von der University of California eines der Probleme im Zusammenhang mit der Lithium-Schwefel-Chemie gelöst und letzten Monat einen Artikel darüber veröffentlicht .

Mit der Lösung von Problemen mit der Lebensdauer von Li-S-Batterien rückt die Technologie in die praktische Realität.

Während der chemischen Reaktionen, die bei Lade- und Entladevorgängen auftreten, bilden sich Polysulfidketten. Diese Ketten müssen intakt durch den Elektrolyten fließen und hier liegt das Problem, dass sich das Polysulfid manchmal in der Lösung lösen kann und wirkt sich stark auf die Lebensdauer des Akkus aus.

Die Gruppe entwickelte eine Methode zur Beschichtung dieser Polysulfide in Nanokugeln unter Verwendung einer dünnen Schicht aus Siliziumdioxid (im Wesentlichen Glas), die das Polysulfid vom Elektrolyten fernhält, während es sich leicht zwischen den Elektroden hindurch bewegen kann. Mit Problemen wie diesen, die ständig von zahlreichen hart arbeitenden Forschungsgruppen gelöst werden, rückt die Zukunft von Lithium-Schwefel-Batterien in unseren Handys jeden Tag näher.

Lithium-Metall-Anoden kommen zum Tragen

Bildnachweis : SolidEnergy Systems

Wenn Sie sich an den Artikel über Batterie-Futurologie erinnern, erwähnte ich, dass die Verwendung von Lithiummetall als Anode aufgrund der zusätzlichen Kapazität, die sie mit sich bringen, der "heilige Gral" der Anodenmaterialien ist.

SolidEnergy Systems Corp. hat seine "anodenlose" Lithiumbatterie vorgestellt, die im Wesentlichen die normalen Graphit- und Verbundanoden durch eine dünne Lithiummetallanode ersetzt. Sie behaupten, sie verdoppeln die Energiedichte im Vergleich zu einer Graphitanode und 50% im Vergleich zu einer Siliziumverbundanode.

Die neuesten "anodelosen" Batterien sollen die Energiedichte des aktuellen Telefoninhalts verdoppeln.

Das obige Bild, das SolidEnergy veröffentlicht hat, zeigt die drastische Reduzierung der Größe, obwohl ich erwähnen sollte, dass es leicht irreführend ist. Sowohl die Xiaomi-Akkus als auch die Samsung-Akkus sind austauschbar und verfügen über eine zusätzliche Kunststoffhülle und zusätzliche Elektronik wie eine Ladeschaltung oder sogar (bei einigen Samsung-Akkus) eine NFC-Antenne.

Allerdings können Sie in den BBC-Nachrichten den erheblichen Größenunterschied zwischen dem internen 1, 8-Ah-Akku des iPhones und dem 2, 0-Ah-SolidEnergy-Akku sehen.

Was das alles bedeutet

Da die Flaggschiff-Handys mehrerer Hersteller - darunter das Samsung Galaxy S6 und das Apple iPhone 6 - immer dünner werden, wird der Bedarf an dichteren Batterien immer größer. Wenn Sie mehr Akkuleistung in einen kleineren Bereich stecken, können Sie auch größere "Phablet" -Handys für mehrere Tage nutzen und gleichzeitig mehr Saft für die stromhungrigen Prozessoren der Zukunft bereitstellen.

Wir schauen auf eine Zukunft, in der es einfacher denn je sein wird, den gefürchteten toten Smartphone-Akku zu umgehen.

Wenn es um Lithium-Schwefel-Batterien geht, sollte die geringere Brandgefahr durch Kurzschluss oder Durchschlag unsere Geräte sicherer und für die Hersteller weniger gefährlich (und kostspielig) beim Transport machen.

Kombinieren Sie dies mit den jüngsten Fortschritten beim schnelleren Laden und dem Wachstum des kabellosen Ladens in den letzten Jahren. Wir blicken auf eine Zukunft, in der es einfacher denn je ist, einen leeren Smartphone-Akku zu vermeiden.

Wann werden diese neuen Technologien verfügbar sein? SolidEnergy schätzt, dass die "anodeless" -Lösung 2016 auf den Markt kommen wird. Angesichts der jüngsten Entwicklungen rund um diese Technologie sehen wir einen ähnlichen Zeitplan auch für Li-S-Batterien. Das heißt nicht, dass sie im nächsten Jahr auf Mobilgeräten ausgeliefert werden - die Revolution in der Batterietechnologie, auf die wir alle gewartet haben, ist jedoch nicht mehr weit.

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Verweise

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