למה טלפונים חכמים יכול לקבל שדרוג עם זה סוללה חדשה טק

יש יותר טלפונים ניידים בעולם מאשר יש אנשים. כמעט כולם מופעלים על ידי סוללות ליתיום יון נטענות, שהן הרכיב החשוב ביותר המאפשר את המהפכה האלקטרוניקה הנייד של העשורים האחרונים. אף אחד מהתקנים הללו לא יהיה אטרקטיבי למשתמשים אם לא היה להם מספיק כוח להימשך לפחות כמה שעות, מבלי להיות כבד במיוחד.

סוללות ליתיום יון שימושיים גם ביישומים גדולים יותר, כמו כלי רכב חשמליים ומערכות אחסון אנרגיה חכמה. והחידושים של החוקרים במדע החומרים, המבקשים לשפר סוללות ליתיום יון, סוללים את הדרך עוד יותר סוללות עם ביצועים טובים יותר. יש כבר הביקוש להרכיב סוללות קיבולת גבוהה שלא יתלקחו או להתפוצץ. ואנשים רבים חלמו על סוללות קטנות יותר, המצית כי תשלום דקות - או אפילו שניות - עדיין לאחסן מספיק אנרגיה כדי כוח המכשיר במשך ימים.

חוקרים כמוני, אם כי, חושבים אפילו יותר הרפתקני. מכוניות ומערכות אחסון ברשת יהיה טוב עוד יותר אם ניתן היה להשתחרר וטען עשרות אלפי פעמים במשך שנים רבות, או אפילו עשרות שנים. צוותי תחזוקה ולקוחות יאהבו סוללות שיכולות לפקח על עצמן ולשלוח התראות אם הן ניזוקו או לא תפקדו עוד בביצועי שיא - או אפילו הצליחו לתקן את עצמן. וזה לא יכול להיות יותר מדי לחלום על סוללות דו-תכליתיות המשולבות במבנה של פריט, עוזר לעצב את צורת הטלפון החכם, המכונית או הבניין תוך כדי הפעלת הפונקציות שלה.

כל זה עשוי להיות אפשרי כמו המחקר שלי ואחרים מדענים ומהנדסים להיות יותר מיומן בשליטה ובטיפול החומר בקנה מידה של אטומים בודדים.

חומרים מתעוררים

על פי רוב, ההתקדמות אחסון האנרגיה יסתמך על המשך הפיתוח של מדע החומרים, דוחף את גבולות הביצועים של חומרי סוללה קיימים ופיתוח מבנים חדשים לגמרי הסוללה קומפוזיציות.

תעשיית הסוללה כבר פועלת כדי להפחית את העלות של סוללות ליתיום יון, כולל על ידי הסרת קובלט יקר מן האלקטרודות החיוביות שלהם, קרא cathodes. זה היה גם להפחית את העלות האנושית של סוללות אלה, כי מכרות רבים קונגו, המקור המוביל בעולם של קובלט, להשתמש בילדים לעשות עבודה ידנית קשה.

ראה גם: זה חצי סוללה, חצי היברידי תאים סולריים יכול להיות משחק סה"כ מחלף

החוקרים מוצאים דרכים להחליף את החומרים המכילים קובלט עם cathodes עשוי בעיקר ניקל. בסופו של דבר, הם עשויים להיות מסוגלים להחליף את ניקל עם מנגן. כל אחד מאותם מתכות הוא זול יותר, שופע יותר, ובטוח יותר לעבוד עם קודמו. אבל הם באים עם סחר- off, כי יש להם תכונות כימיות לקצר את חייהם של סוללות.

החוקרים בוחנים גם את החלפת יוני הליתיום המעבירים בין שתי האלקטרודות עם יונים ואלקטרוליטים שעשויים להיות זולים יותר ובטוחים יותר, כמו אלה המבוססים על נתרן, מגנזיום, אבץ או אלומיניום.

קבוצת המחקר שלי בוחנת את האפשרויות של שימוש בחומרים דו-מימדיים, בעיקר סדינים דקות מאוד של חומרים בעלי תכונות אלקטרוניות שימושיות. גרפן הוא אולי הידוע ביותר של אלה - גיליון פחמן רק אטום אחד עבה. אנחנו רוצים לראות אם לערום את השכבות של חומרים דו מימדיים שונים ולאחר מכן חדירת מחסנית עם מים או נוזלים מוליכים אחרים יכול להיות מרכיב מפתח של סוללות כי לטעון מהר מאוד.

מבט לתוך הסוללה

זה לא רק חומרים חדשים להרחיב את העולם של חדשנות הסוללה: ציוד חדש ושיטות גם לאפשר לחוקרים לראות מה קורה בתוך הסוללות הרבה יותר בקלות מאשר פעם אחת.

בעבר, החוקרים הפעילו סוללה באמצעות תהליך פריקה מסוים או מספר מחזורי, ולאחר מכן הוציאו את החומר מהמצבר ובחנו אותו לאחר מעשה. רק אז יכלו החוקרים ללמוד מה השינויים הכימיים שהתרחשו במהלך התהליך, ולהסיק כיצד הסוללה פועלת בפועל ומה השפיע על הביצועים שלה.

אבל עכשיו, החוקרים יכולים לצפות בחומרים הסוללה כפי שהם עוברים תהליך אחסון האנרגיה, לנתח אפילו המבנה האטומי שלהם הרכב בזמן אמת. אנו יכולים להשתמש בטכניקות ספקטרוסקופיות מתוחכמות, כגון טכניקות רנטגן הזמינות עם סוג של מאיץ חלקיקים הנקרא סינכרוטרון - כמו גם מיקרוסקופים אלקטרונים ובדיקות סריקה - כדי לראות את היונים נעים ומבנים פיזיים משתנים כאשר האנרגיה מאוחסנת ומשוחררת מחומרים בסוללה.

ראה גם: כיצד פריצת דרך הסוללה עלולה להוביל מכוניות חשמליות כי תשלום בשניות

שיטות אלה מאפשרים לחוקרים כמוני לדמיין מבנים וחומרים חדשים לסוללות, להפוך אותם ולראות איך טוב - או לא - הם עובדים. בדרך זו, נוכל לשמור על המהפכה חומרים הסוללה הולך.

מאמר זה פורסם במקור על השיחה על ידי ורוניקה אוגוסטין. קרא את המאמר המקורי כאן.