Akıllı Telefonlar Neden Yeni Pil Teknolojisiyle Yükseltilebilirler?

Dünyada insanlardan daha fazla cep telefonu var. Neredeyse tümü, son birkaç on yılda portatif elektronik devrimi sağlayan en önemli bileşen olan şarj edilebilir lityum-iyon pillerle çalışıyor. Bu cihazların hiçbiri, özellikle de ağır olmadan en az birkaç saat dayanacak güce sahip olmadıklarında kullanıcılar için cazip olmaz.

Lityum-iyon piller ayrıca elektrikli araçlar ve akıllı şebeke enerji depolama sistemleri gibi daha büyük uygulamalarda da kullanışlıdır. Ve araştırmacıların, lityum-iyon pilleri geliştirmek isteyen materyal bilimindeki yenilikler, daha iyi performansla daha da fazla pilin yolunu açıyor. Ateş almayacak veya patlamayacak olan yüksek kapasiteli piller için zaten talep oluşumu var. Ve birçok insan dakikalar içinde - ya da hatta saniyeler içinde şarj olan daha küçük, daha hafif piller hayal ediyor, ancak günlerce cihazı çalıştırmak için yeterli enerjiyi saklıyor.

Benim gibi araştırmacılar yine de daha maceracı düşünüyorlar. Otomobiller ve ızgaralı depolama sistemleri, yıllar boyu, hatta on yıllarca onlarca kez boşaltıp şarj edilebilseydi daha iyi olurdu. Bakım ekipleri ve müşteriler, kendilerini izleyebilecekleri ve hasar gördükleri ya da en üst performansta çalışmadıklarında veya hatta kendi başlarına tamir edebilecekleri durumunda uyarılar gönderebilecekleri pilleri severler. Ayrıca, bir öğenin yapısına entegre edilmiş çift amaçlı pilleri hayal etmek, bir akıllı telefon, araba veya bina şeklini şekillendirmeye yardımcı olurken fonksiyonlarını da güçlendirmek çok fazla olamaz.

Araştırmam ve diğerleri’nin, bilim adamlarının ve mühendislerin maddeyi bireysel atom ölçeğinde kontrol etme ve kullanma konusunda daha usta olmalarına yardımcı olduğu için mümkün olan her şey.

Gelişen Malzemeler

Çoğunlukla, enerji depolamasındaki gelişmeler, malzeme biliminin sürekli gelişmesine bağlı olacak, mevcut batarya malzemelerinin performans sınırlarını zorlayacak ve tamamen yeni batarya yapıları ve bileşimleri geliştirecektir.

Batarya endüstrisi, pahalı kobaltı katot adı verilen pozitif elektrotlarından çıkarmak da dahil olmak üzere, lityum-iyon bataryaların maliyetini düşürmek için çalışıyor. Bu aynı zamanda bu pillerin insan maliyetini de azaltacaktır, çünkü dünyanın önde gelen kobalt kaynağı olan Kongo'daki birçok maden, çocukları zor el işçiliği yapmak için kullanıyor.

Ayrıca bakınız: Bu Yarım Batarya, Yarım Güneş Pili Hibrit Tam Bir Oyun Değiştirici Olabilir

Araştırmacılar kobalt içeren materyalleri çoğunlukla nikelden yapılan katotlarla değiştirmenin yollarını buluyorlar. Sonunda, nikeli manganez ile değiştirebilirler. Bu metallerin her biri, selefinden daha ucuz, daha bol ve çalışmak daha güvenlidir. Fakat takas ediyorlar, çünkü pillerinin ömrünü kısaltan kimyasal özelliklere sahipler.

Araştırmacılar ayrıca, iki elektrot arasına yerleşen lityum iyonları, sodyum, magnezyum, çinko veya alüminyuma dayananlar gibi daha ucuz ve potansiyel olarak daha güvenli olabilecek iyonlar ve elektrolitler ile değiştirmeye bakıyorlar.

Araştırma grubum, iki boyutlu malzemeleri kullanma, olasılıkla yararlı elektronik özelliklere sahip aşırı derecede ince madde tabakalarını kullanma olasılıklarına bakıyor. Grafen belki de en iyisidir - sadece bir atom kalınlığında bir karbon tabakası. Çeşitli iki boyutlu malzemelerin katmanlarının üst üste istiflenip ardından istifin suyla veya diğer iletken sıvılarla içeri sızmasının, çok hızlı bir şekilde şarj olan pillerin kilit bileşenleri olup olmadığını görmek istiyoruz.

Pilin İçine Bakmak

Sadece pil yeniliği dünyasını genişleten yeni malzemeler değil: Yeni ekipman ve yöntemler aynı zamanda araştırmacıların pillerin içinde olanları bir kerede olduğundan daha kolay görmelerini sağlıyor.

Geçmişte, araştırmacılar bir pili belirli bir şarj-deşarj işlemi veya döngü sayısı boyunca koştular ve daha sonra malzemeyi pilden çıkardılar ve gerçekte sonra incelediler. Ancak o zaman bilim adamları işlem sırasında hangi kimyasal değişikliklerin gerçekleştiğini öğrenebilir ve bataryanın gerçekte nasıl çalıştığını ve performansını ne etkilediğini çıkartabilirler.

Ancak şimdi araştırmacılar, pil yapılarını enerji depolama sürecinden geçerken izleyebilir, atom yapılarını ve bileşimlerini bile gerçek zamanlı olarak analiz edebilirler. İyonların hareketini izlemek için elektron mikroskobu ve tarama probları gibi bir tür partikül hızlandırıcı ile kullanılabilen X-ışını teknikleri gibi sofistike spektroskopi tekniklerini, iyonların hareketini izlemek ve enerjinin malzemelerden depolanıp salınmasıyla fiziksel yapıların değişmesini izlemek için kullanabiliriz. Bataryada

Ayrıca bakınız: Bir Batarya Atışı, Saniyede Şarj Edilen Elektrikli Otomobillere Nasıl Yol Açabilir?

Bu yöntemler benim gibi araştırmacıların yeni pil yapıları ve materyalleri hayal etmelerine, onları yapmalarına ve iyi çalışıp çalışmadıklarına bakmalarına izin veriyor. Bu şekilde, akü malzemeleri devrimi devam edemeyiz.

Bu makale, ilk olarak Veronica Augustyn tarafından The Conversation'da yayınlandı. Orijinal makaleyi buradan okuyun.