Mengapa Telefon Pintar Boleh Dapatkan Upgrade Dengan Tech Battery Baru Ini

Terdapat lebih banyak telefon bimbit di dunia daripada ada orang. Hampir semuanya dikuasakan oleh bateri lithium-ion yang boleh dicas semula, yang merupakan komponen terpenting tunggal yang membolehkan revolusi elektronik mudah alih beberapa dekad yang lalu. Tiada satu pun dari peranti tersebut akan menjadi menarik kepada pengguna jika mereka tidak mempunyai kuasa yang mencukupi untuk bertahan sekurang-kurangnya beberapa jam, tanpa terlalu berat.

Bateri lithium-ion juga berguna dalam aplikasi yang lebih besar, seperti kenderaan elektrik dan sistem penyimpanan tenaga grid pintar. Dan inovasi penyelidik dalam sains bahan, berusaha untuk memperbaiki bateri lithium-ion, membuka jalan bagi lebih banyak bateri dengan prestasi yang lebih baik. Terdapat permintaan untuk membentuk bateri berkapasiti tinggi yang tidak akan menimbulkan kebakaran atau meletup. Dan ramai orang telah memimpikan bateri yang lebih kecil, lebih ringan yang dikenakan dalam beberapa minit - atau beberapa saat - namun menyimpan tenaga yang cukup untuk menggerakkan peranti selama beberapa hari.

Namun, penyelidik seperti saya berfikir lebih canggih. Kereta dan sistem penyimpanan grid akan menjadi lebih baik sekiranya mereka boleh dilepaskan dan dicas semula puluhan ribu kali selama bertahun-tahun atau bahkan beberapa dekad. Krew penyelenggaraan dan pelanggan akan suka bateri yang boleh memantau diri mereka sendiri dan menghantar amaran jika mereka rosak atau tidak lagi berfungsi pada prestasi puncak - atau bahkan dapat memperbaiki diri mereka. Dan ia tidak boleh terlalu banyak impikan bateri dwi-tujuan yang diintegrasikan ke dalam struktur sesuatu item, membantu membentuk bentuk telefon pintar, kereta, atau bangunan sambil juga memancarkan fungsinya.

Apa yang boleh menjadi mungkin kerana penyelidikan saya dan orang lain membantu saintis dan jurutera menjadi lebih mahir dalam mengawal dan mengendalikan bahan pada skala atom individu.

Bahan Muncul

Untuk sebahagian besar, kemajuan dalam simpanan tenaga akan bergantung kepada pembangunan sains bahan yang berterusan, menolak had prestasi bahan bateri yang sedia ada dan membangunkan struktur dan komposisi bateri yang sepenuhnya baru.

Industri bateri sudah berfungsi untuk mengurangkan kos bateri lithium-ion, termasuk dengan mengeluarkan kobalt mahal dari elektroda positifnya, yang disebut katoda. Ini juga akan mengurangkan kos manusia bateri ini, kerana banyak ranjau di Congo, sumber utama kobalt di dunia, menggunakan kanak-kanak untuk melakukan kerja manual yang sukar.

Lihat juga: Half Battery, Half Solar Cell Hybrid Boleh Menjadi Total Game Changer

Para penyelidik mencari cara untuk menggantikan bahan yang mengandungi kobalt dengan katod yang terbanyak nikel. Akhirnya, mereka boleh menggantikan nikel dengan mangan. Setiap logam itu lebih murah, lebih melimpah, dan lebih selamat untuk bekerja daripada yang terdahulu. Tetapi mereka datang dengan perdagangan, kerana mereka mempunyai sifat kimia yang memendekkan umur bateri mereka.

Para penyelidik juga melihat penggantian ion litium yang berulang antara kedua-dua elektrod dengan ion dan elektrolit yang mungkin lebih murah dan berpotensi lebih selamat, seperti yang berdasarkan natrium, magnesium, zink, atau aluminium.

Kumpulan penyelidikan saya melihat kemungkinan menggunakan bahan dua dimensi, helaian bahan yang sangat nipis dengan sifat elektronik yang berguna. Graphene mungkin yang paling terkenal ini - sekeping karbon hanya satu tebal atom. Kami ingin melihat sama ada menyusun lapisan pelbagai bahan dua dimensi dan kemudian menyusup tumpukan dengan air atau cecair konduktif lain boleh menjadi komponen utama bateri yang mengecas dengan cepat.

Mencari Di dalam Bateri

Ia bukan sekadar bahan baru yang memperluaskan dunia inovasi bateri: Peralatan dan kaedah baru juga membiarkan penyelidik melihat apa yang berlaku di dalam bateri lebih mudah daripada sekali mungkin.

Pada masa lalu, para penyelidik berlari bateri menerusi proses pelepasan caj tertentu atau bilangan kitaran, dan kemudian mengeluarkan bahan dari bateri dan memeriksanya selepas fakta itu. Hanya bolehkah para ulama mengetahui apa perubahan kimia yang berlaku semasa proses dan menyedari betapa bateri sebenarnya berfungsi dan apa yang mempengaruhi prestasinya.

Tetapi sekarang, para penyelidik boleh melihat bahan-bahan bateri kerana mereka menjalani proses penyimpanan tenaga, menganalisis struktur dan komposisi atomnya dalam masa nyata. Kita boleh menggunakan teknik spektroskopi yang canggih, seperti teknik X-ray yang boleh didapati dengan jenis pemecut zarah yang dipanggil synchrotron - serta mikroskop elektron dan imbasan imbasan - untuk melihat perubahan ion dan struktur fizikal berubah apabila tenaga disimpan dan dikeluarkan dari bahan dalam bateri.

Lihat juga: Bagaimana Penembusan Bateri Boleh Memimpin kepada Kereta Elektrik Yang Berjadual dalam Segera

Kaedah tersebut membolehkan penyelidik seperti saya membayangkan struktur bateri baru dan bahan, membuat mereka dan melihat betapa baiknya - atau tidak - mereka berfungsi. Dengan cara itu, kita akan dapat mengekalkan revolusi bahan bateri.

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan oleh Veronica Augustyn. Baca artikel asal di sini.