Аккумулятор смартфона после 2017 года: холодный, энергоемкий и неисчерпаемый
В современных реалиях надежная и безопасная батарейка - на вес золота, без нее не обойдется ни один гаджет, а учитывая увлечение людей зеленой энергетикой, прогнозируется огромный дефицит емких аккумуляторов к будущему парку электромобилей.
Потребители заинтересованы в развитии аккумуляторных технологий и почти прошедший 2017 год стал довольно плодовитым в этом плане: батареи стали безопасными, долгоиграющими и быстрозаряжающимися, при этом оставаясь разумными по цене для владельца гаджета.
На первом месте - безопасность
Вероятность того, что аккумулятор сломается очень мала, но наш мир так перенасыщен смартфонами и планшетами, что портится вся статистика: то тут, то там происходят аварийные случаи. У всех на слуху воспламенения топовых "Самсунгов" и взрывы "ховербордов", скандал дошел до таких масштабов, что людей с южнокорейскими телефонами перстали пускать на самолеты из-за боязни пожара. Разработчики сначала взяли под контроль все параметры. Современные батарейки уже выходят с внедренным чипом, который отслеживает вольтаж, заряд и температуру. Фиксация актуальных параметров позволяет послать пользователю аварийный сигнал прямо на экран "Айфона", если дисплей слишком "разгорячился". Но это лишь сервисные примочки, на самом деле исследователи упорно ищут пути сделать гаджет по-настоящему холодным и безопасным, а один из оптимальных способов - замена электролита альтернативной жидкостью для транспорта ионов, которая бы не воспламенялась.
Еще в 2015 году ученые из Университета Мэриленда придумали рецепт солевого раствора для электролита, который мог бы использоваться для электростимуляторов. Инновационный дизайн батарейки снизил вероятность воспламенения, но и мощность устройства была невысока - всего 3 вольта. В сентябре 2017 года инженеры "прокачали" ее до 4 вольт, чего достаточно для работы ноутбука и телефона. Новых качеств и пожаробезопасности удалось добиться благодаря полимерному гелю, который наносят на анод аккумулятора. Сейчас команда разработчиков думает над тем, как увеличить число циклов зарядки, от 100 до 500, для повышения конкурентоспособности товара на рынке.
Другой способ усмирить огонь - интегрировать химический замедлитель окислительных реакций, можете назвать его встроенным в смартфон огнетушителем, который сработает в автоматическом режиме, если устройство начало перегреваться. Перед исследователями стоит сложная дилемма: нужно найти компромисс между оптимальным уровнем заряда и пожаробезопасностью батареи. В январе ученые из Стенфорда предложили внедрить в корпус полимерную микрофибру из трифенилфосфата, которая плавится при температуре 160 градусов и выпускает замедлитель огня. Разработчики сделали опытную деталь и протестировали ее на аккумуляторе размером с монету. Результат обрадовал ученых: трифенилфосфат быстро потушил пламя.
Моментальная зарядка
Электрокары наверняка бы быстро раскупили в автосалонах, если бы они умели заряжаться от розетки за 6 минут и могли проехать без подзарядки 300-400 километров. Поверьте, появление аккумуляторов с таким сказочными качествами уже не за горами.
В октябре компания Toshiba объявила о выпуске суперсовременных батарей SCiBO с использованием в качестве анодного материала титан-ниобиевого оксида, который в два раза увеличивает запас литий-ионного аккумулятора. А к 2019 году дерзкие японские инженеры обещают выпустить батарейку, способную заряжаться за шесть минут, что, очевидно, вызовет новую волну популярности электрокаров.
Но конкуренты не дремлют, и вот исследователи технологического центра Samsung разработали новый способ применения недавно открытого графена. Они скатывают этот удивительный материал в шарки, напоминающие хлопья поп-корна, и приклеивают их к аноду, в перспективе рассматривается возможность покрытия и катода. Графеновые хлопья снижают сопротивление и увеличивают число токопроводящих путей, что позволяет уменьшить время заряд обычного аккумулятора для смартфона с двух-трех часов до 12 минут. Вместе с этим вырастет емкость батареии на 45 процентов, а рабочие температуры устройства останутся в пределах нормы.
Срок жизни батареи
Литий-ионные аккумуляторы являются долгожителями среди всех остальных моделей, но прожорливость гаджетов и запросы пользователей растут с каждым днем, а от их желаний зависит прибыль компаний. Исследователи из частного института Райса в Хьюстоне связывают быструю разрядку с побочным эффектом - появлением дендритов на катодах и анодах. Дело в том, что при протекании тока в обратном направлении ионы не полностью поглощаются и образуют древовидные отростки, которые вырастают и достигают противоположных контактов, отчего возникают короткие замыкания. Исследования показали, что эти наросты уменьшаются емкость батареи, более того, они превращаются в мостики "нестабильности", где провоцируетя чрезмерный нагрев, приводящий к воспламенению электролита.
Чтобы эффективно бороться с микроволосинками из ионов металла, американские исследователи создатил батарейку-прототип, на аноде которой используется двумерное полотно из графена, выращенное и свернутое на металла в виде трехмерных нанотрубок. В результате на поверхности анода образуется "лес" из нановорса, который во время очередного цикла зарядки и разрядки создает надежные каналы для перемещения ионов и защищает от образования дендритов.
Графен во многих смыслах многообещающий материал: он не только прекрасно проводит энергию, но и сам может стать источником электричества для небольших гаджетов. Ученые узнали, что двумерное полотно графена колеблется наподобие океанических волн, только в результате изменения температуры окружающей среды, а не от ветра. Для добычи электричества достаточно разместить графеновую пленку между электродами и подождать, когда начнутся микровибрации, тогда при соприкосновении с анодом или катодом будет образовываться слабый ток. В теории, можно создать устройство-сборщик этих микротоков и получить бесконечный заряд энергии для любых мобильных устройств или аккумуляторов.
Это был очень значимый год для развития аккумуляторов, ученые изучили новые материалы и нашли им необычное применение, в будущем.. кто знает, может через пару лет каждый из нас будет ездить на собственном электромобиле с неисчерпаемой батарейкой на основе графена.
фото 1, 2, 3