ووفقاً لمجلة Wired ، فإن بطاريات الليثيوم-أيون تقوم بتشغيل مجموعة كبيرة من المنتجات الإلكترونية ، من الهواتف الذكية إلى أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، ومن السيارات الكهربائية إلى السجائر الإلكترونية ، ومع ذلك ، مع تطوير إمكانات الليثيوم إلى أقصى الحدود ، يعمل الباحثون حاول العثور على اختراق البطارية التالي ، إذا كنت تقرأ هذه المقالة على هاتفك الذكي ، فهذا يعني أنك تحمل "قنبلة". تحت شاشة واقية ، الليثيوم (معدن متطاير جدا ، مرة واحدة مع الماء) يتم تقسيم المركبات التي يتم إشعالها عن طريق الاتصال وإعادة تشكيلها في تفاعل كيميائي قوي يوفر قوة دافعة لا غنى عنها للعالم الحديث.
تستخدم الليثيوم في الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والساعات الذكية ، وهي موجودة في السجائر الإلكترونية والمركبات الكهربائية ، فهي خفيفة وناعمة ، وكثيفة الاستهلاك للطاقة ، مما يجعلها منتجًا إلكترونيًا محمولًا. مصدر الطاقة المثالي ، لكن مع زيادة قوة التكنولوجيا الاستهلاكية ، كان من الصعب دائمًا مواكبة تكنولوجيا بطارية ليثيوم أيون ، والآن ، مثلما يدمن العالم على الليثيوم ، يتنافس العلماء على إعادة اختراع بطارية تعمل بالطاقة في العالم.
فالشاشات المضيئة الضخمة ، وسرعات المعالجة الأسرع ، واتصالات البيانات السريعة ، والتصميم النحيف كلها تجعل من الصعب على العديد من الهواتف الذكية دعم اليوم بأكمله ، وفي بعض الأحيان ، يضطر مستخدمو الهاتف الجوال إلى فرض رسوم عدة مرات. بعد عامين من الاستخدام ، سيتم تقصير عمر البطارية للعديد من الأجهزة بشكل حاد ويجب إلقاءها في القمامة ، كما أن الميزة الضخمة لليثيوم هي أكبر نقطة ضعف لها ، وهي غير مستقرة وقد تنفجر طاقة بطارية ليثيوم أيون المحمولة وهو تقريباً نفس القنبلة اليدوية ، وقال مايك زيمرمان ، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة أيونيك للمواد: "يوجد هاتف ذكي في الجيب مثل الكيروسين في جيبك".
شهد زيمرمان تأثير الاحتراق في مختبر أبحاث شركته في وبرن ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية.في إحدى التجارب ، تقوم الماكينة بإدارة مسمار من خلال بطارية ، وتتوسع حزمة البطارية بسرعة. مثل الفشار في فرن الميكروويف ، فإنه يضيء بشكل مشرق ، وكانت أبحاث البطارية على مدى الخمسين سنة الماضية محصورة بين الأداء والسلامة ، أي بثق أكبر قدر ممكن من الطاقة دون دفع الليثيوم إلى التطرف.
ونقوم بذلك الآن ، ومن المتوقع أنه بحلول عام 2022 ، سيصل سوق البطاريات العالمي إلى 25 مليار دولار أمريكي ، لكن المستهلكين يعتقدون أنه في إحدى الاستطلاعات تلو الأخرى ، فإن عمر البطارية هو الأكثر اهتمامًا بالهواتف الذكية. مع زيادة شعبية شبكات 5G ذات الاستهلاك الأعلى للطاقة في العقد القادم ، فإن المشكلة ستزداد سوءًا ، وبالنسبة لأولئك الذين يستطيعون حل المشكلة ، سيحصلون على عوائد ضخمة.
إن شركة Ionic Materials هي واحدة من عشرات الشركات التي تشرع في منافسة ملحمية تعيد التفكير بشكل جذري في مشكلة البطارية ، ومع ذلك ، فقد عانت المنافسة من بدايات خاطئة ، والتقاضي المؤلمة ، والشركات الناشئة الفاشلة. بعد عشر سنوات من التطور البطيء ، لا يزال الأمل موجودًا ، حيث يستخدم العلماء من الشركات الناشئة والجامعات والمختبرات الوطنية التي يتم تمويلها بشكل جيد في جميع أنحاء العالم أدوات متطورة للعثور على مواد جديدة ، ويبدو أنهم على وشك زيادة كثافة طاقة بطاريات الهواتف الذكية بشكل كبير. وعمر البطارية ، وإنشاء أجهزة أكثر أمانًا وصديقة للبيئة ، وسيتم إعادة شحنها في ثوانٍ وكافية للاستخدام المستمر على مدار اليوم.
تقوم البطارية بتوليد الكهرباء عن طريق تحلل المواد الكيميائية ، حيث أن الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا اخترع البطارية في عام 1799 لحل مشكلة الضفدع ، كل بطارية لها نفس المكونات الرئيسية. : إلكترودان معدنيان - أنود مشحون سالبًا وكاثود موجب الشحنة ، مفصولة بمادة تدعى المنحل بالكهرباء ، وعندما تكون البطارية متصلة بدارة كهربائية ، تتفاعل ذرات الفلزات في الأنود كيميائياً ، فتفقد الإلكترون. يصبح أيون مشحونة إيجابيا وينجذب إلى القطب الموجب من خلال الإلكتروليت وفي نفس الوقت تتدفق الإلكترونات (المشحونة سلبيا) إلى الكاثود ، ولكنها لا تمر عبر الإلكتروليت ، ولكنها تنتشر عبر الدائرة خارج الخلية. وهو متصل بالجهاز لتزويد الطاقة.
سوف تنفد ذرات المعدن الموجودة على الأنود في النهاية ، وهذا يعني أن البطارية تنفد من الطاقة ، ولكن في البطاريات القابلة لإعادة الشحن ، يمكن عكس هذه العملية عن طريق الشحن ، مما يجبر الأيونات والإلكترونات على العودة إلى موقعها الأصلي ، وتكون جاهزة لبدء الدورة مرة أخرى. لا يمكن للأقطاب المصنوعة من معدن نقي أن تتحمل الضغط المستمر للذرات للدخول والخروج دون الانهيار ، لذلك يجب أن تستخدم البطاريات القابلة لإعادة الشحن مزيجًا من المواد للحفاظ على الأنود والكاثود في الشكل من خلال دورات الشحن المتكررة ، ويمكن مقارنة هذا الهيكل بالمباني السكنية. هناك "غرف" للعناصر التفاعلية ، ويعتمد أداء البطاريات القابلة لإعادة الشحن إلى حد كبير على سرعة دخولك إلى هذه الغرف وخارجها دون التسبب في انهيار المبنى.
في عام 1977، وهو عالم بريطاني شاب هوى تينغ Hanmu ستان (ستان يتنجهام) التي تعمل في ليندن، نيو جيرسي (ليندن) اكسون (اكسون) مصنع، وقال انه بناء على الأنود، والألمنيوم لتشكيل "كتلة شقة الجدران والأرضيات، مع الليثيوم كمادة نشطة. عندما شحن البطارية، أيونات الليثيوم تتحرك من القطب السالب إلى راسب الأنود في الفجوات بين ذرة الألومنيوم. عندما خرجوا، وأنها تتحرك في الاتجاه الآخر، مرة أخرى من خلال بالكهرباء المساحة على الجانب الكاثود.
تينغ Hanmu اختراع يفيد أول بطارية ليثيوم قابلة للفي العالم، وبطارية بحجم عملة معدنية كافية لتشغيل ساعة الشمسية، ولكن عندما حاول زيادة الجهد (حتى أن أكثر الأيونات داخل وخارج)، أو محاولة لإنتاج المزيد من الخلايا عندما، أنها سوف تستمر في حرق. في عام 1980، يعمل في الفيزياء جامعة أكسفورد جون غود ايفانوف (يوحنا خوارج) حققوا اختراقا من قبل ايدور ايفانوف هو مسيحي، وكان في العالم للمرة الثانية الحرب العالمية الثانية باعتباره الارصاد الجوية في الجيش الأميركي، وهو أيضا خبير في الجوانب أكسيد المعادن الشك له، مقارنة مع مجمع الألومنيوم المستخدمة هوى تينغ Hanmu، يجب أن يكون هناك بعض المواد لتوفير قفص أكثر قوة والليثيوم.
دليل غود ايفانوف اثنين من مرحلة ما بعد الدكتوراه للباحثين لاستكشاف منهجية الجدول الدوري، والليثيوم للمقارنة مع أكاسيد المعادن المختلفة، والنظر في مدى قبل أن تنهار الذي يستخرج منه الليثيوم. وفي النهاية، حددوا الليثيوم وخليط من الكوبالت، وهو معدن الأزرق الرمادي في جميع أنحاء أفريقيا. الليثيوم الليثيوم أكسيد الكوبالت المركزي هو نصف حدود التسامح يمكن استخلاصها من عند استخدامه بمثابة الكاثود، وتكنولوجيا البطاريات التي تمثل خطوة كبيرة إلى الأمام خطوة. الكوبالت هو أكثر خفيفة الوزن، والمواد غير مكلفة، سواء بالنسبة للأجهزة الصغيرة هي أيضا مناسبة لمعدات واسعة النطاق، وأفضل بكثير من غيرها من المواد في السوق.
اليوم ، يظهر كاثود جودنو تقريباً على جميع الأجهزة المحمولة على الأرض ، لكنه لم يصنع فلساً من ذلك ، ورفضت أكسفورد التقدم بطلب للحصول على براءة اختراع ، وهو نفسه تخلى عن هذا الحق ، لكنه غير هذا الاحتمال. ما حدث في عام 1991 ، بعد 10 سنوات من التجريب ، قامت شركة Sony بتجميع كاثود أكسيد الليثيوم الكوبالت Goodnow مع أنود الكربون في محاولة لتحسين عمر بطارية كاميرا CCD-TR1 الجديدة الخاصة به ، وهذا هو الأول. بطارية ليثيوم أيون قابلة لإعادة الشحن للمنتجات الاستهلاكية التي غيرت العالم.
كان Gene Berdichevsky الموظف السابع لشركة Tesla ، عندما تأسست شركة السيارات الكهربائية في عام 2003 ، ازدادت كثافة طاقة البطارية بشكل مستمر لمدة عشر سنوات ، والزيادة السنوية كان النطاق حوالي 7٪ ، ولكن بحلول عام 2005 ، وجد Berdychevsky أن أداء بطاريات الليثيوم أيون بدأ في الاستقرار ، ففي السنوات السبع أو الثماني الماضية ، يتعين على العلماء بذل قصارى جهدهم للقتال حتى بنسبة 0.5٪. تحسين أداء البطارية.
وكان التقدم في ذلك الوقت يرجع أساسا إلى التحسينات في الهندسة والتصنيع ، وقال Berdychevsky: "بعد 27 عاما من التفاعلات الكيميائية الحديثة ، فهي تخضع باستمرار لتحسين". المواد أكثر نقاء ، وقد تمكن مصنعي البطاريات من صنع كل طبقة طريقة الحصول على أرق هو تحميل مواد أكثر نشاطًا في نفس المساحة ، يطلق عليها Berdychevski "امتصاص الهواء من الجرة" ، ولكن لها أيضًا مخاطرها الخاصة ؛ فالبطاريات الحديثة تتكون من كاثودات رقيقة جدًا يتم دمج الطبقات المتناوبة من المواد المنحل بالكهرباء والمواد الأنودية بإحكام مع مجمعات الشحن النحاسية والألومنيوم لحمل الإلكترونات من البطارية وإلى الموقع المطلوب.
في العديد من البطاريات المتطورة ، يتم وضع غشاء بلاستيكي بين الكاثود والأنود لمنع التماس وقصر الدائرة ، ويبلغ سمكه 6 ميكرون (حوالي 1/10 من سمك شعرة الإنسان) ، مما يجعله عرضة للتلف. لهذا السبب يحذر فيديو الأمان التابع للخطوط الجوية الآن من أنه في حالة سقوط هاتفك في الآلية ، لا تحاول ضبط المقعد.
يتطلب كل تحسن في بطاريات أيونات الليثيوم إجراء مقايضات ، كما أن زيادة كثافة الطاقة تقلل من السلامة ، وقد يؤدي التقليل من الشحن السريع إلى تقليل عمر دورة البطارية ، مما يعني أن أداء البطارية ينخفض بشكل أسرع ، كما أن إمكانات أيونات الليثيوم تقترب من سرعتها. الحدود النظرية: منذ اكتشاف غودنو ، كان الباحثون يحاولون العثور على القفزة التالية ، بما في ذلك فحص المكونات الأربعة الرئيسية للبطارية بشكل منهجي - الكاثود ، الأنود ، المنحل بالكهرباء والفاصل - واستخدامه. أكثر تعقيدا الأداة.
كلير غراي (كلير غراي) هو طالب غود ايفانوف في جامعة أكسفورد، وكان دائما في بطارية ليثيوم - بطاريات الهواء، التي تشكل القطب الآخر مع الأكسجين في الهواء من الناحية النظرية، هذه البطاريات توفر طاقة كبيرة الكثافة ، ولكن السماح لهم بشحن موثوق ، واستمرارها لأكثر من دورات قليلة ، أمر صعب بما فيه الكفاية في المختبر ، ناهيك عن الهواء القذر وغير المتوقع في العالم الحقيقي.
على الرغم من أن جراي يدعي أنه حقق اختراقاً مؤخرًا ، نظرًا للقضايا المذكورة أعلاه ، فقد تحول اهتمام مجتمع الأبحاث إلى بطاريات الليثيوم-الكبريت ، وهو يوفر بديلاً أرخص وأقوى من أيونات الليثيوم ، لكن العلماء يحاولون دائمًا إيقافه. تتشكل الكاثودات الموجودة على الكاثود والكبريت على الأنود بسبب الشحن المتكرر ، وتزعم شركة Sony أنها تمكنت من حل هذه المشكلة وتأمل في جلب إلكترونيات المستهلك التي تحتوي على بطاريات الليثيوم-الكبريت إلى السوق بحلول عام 2020. .
في جامعة مانشستر ، عالم المواد Xuqing Liu هو واحد من أولئك الذين يحاولون ضغط المزيد من الطاقة من الأنود الكربوني ، فهو يجمع بين مواد ثنائية الأبعاد مشابهة لمادة الجرافين لتكبير مساحة السطح وزيادة ذرة الليثيوم. الرقم يقارنه ليو شو تشينغ بعدد الصفحات المضافة إلى الكتاب ، كما استثمرت الجامعة في بناء مختبر جاف ، والذي سيمكن الباحثين من تبادل مكونات مختلفة بأمان وسهولة لاختبار أقطاب كهربائية وإلكتروليتات مختلفة. مجموعات.
بشكل لا يصدق، حتى ولو غود ايفانوف نفسه تدرس أيضا مسألة. وفي العام الماضي، البالغ من العمر 94 عاما، وقال انه نشر ورقة تصف قدرة بطارية ليثيوم أيون هي ثلاثة أضعاف البطارية الحالية. لقد كان على نطاق واسع سؤال: قال أحد الباحثين: "إذا نشر أي شخص آخر غير Goodnow هذا المقال ، فقد أرغب في الزواج".
ومع ذلك ، وعلى الرغم من نشر الآلاف من الأوراق المالية ، ومليارات الدولارات من التمويل ، وعشرات من الشركات الناشئة التي تم إنشاؤها وتمويلها ، فإن الوظائف الكيميائية الأساسية لمعظم منتجات الالكترونيات الاستهلاكية ظلت دون تغيير تقريبا منذ عام 1991. من حيث التكلفة والأداء وقابلية نقل الإلكترونيات الاستهلاكية ، لا يوجد شيء ليحل محل تركيبة أكسيد الكوبالت الليثيوم والكربون ، كما أن بطارية iPhone X مشابهة تقريبا لكاميرا الفيديو الأولى من سوني.
لذلك ، في عام 2008 ، ترك Berdychevsky Tesla وبدأ التركيز على دراسة كيمياء البطاريات الجديدة ، وهو مهتم بشكل خاص بإيجاد بدائل لأقطاب الأنود الجرافيت ، التي يعتقد أنها أكبر عائق أمام صنع بطاريات أفضل. وقال Berdychevsky: "إن استخدام الجرافيت كان موجودًا منذ ست أو سبع سنوات ، ويستخدم الآن بشكل أساسي في الطاقة الديناميكية الحرارية للبطارية." في عام 2011 ، كان وزميله السابق أليكس تيسلا شارك أليكس جاكوبس ، أستاذ علوم المواد في معهد جورجيا للتكنولوجيا ، جليب يوشين في تأسيس "سيلا نانوتكنولوجيكس" ، ولديهم تصميم مفتوح في مكتب منطقة الخليج في ألاميدا ، مع ألعاب أتاري. غرفة مؤتمرات ، مختبر صناعي مملوء بالأفران وأنابيب الغاز.
بعد التحقق من جميع الحلول الممكنة ، قرر الرجال الثلاثة نظريًا أن السيليكون هو أكثر المواد الواعدة ، وهم يحتاجون فقط إلى جعل التكنولوجيا تعمل ، وقد حاول الكثيرون ذلك من قبل ، لكنهم جميعًا انتهى بالفشل. Qiefu التمويه وزملاؤه متفائل حول نجاح. ذرة السيليكون التي يمكن أن تعلق على بطارية ليثيوم أيون الأربعة، وهو ما يعني أنه بالمقارنة مع وزن مماثل من الأنود الغرافيت، أنود قد يكون أضعاف 10 تخزين السيليكون الليثيوم. هذا تعني الإمكانية أن الأكاديمية الوطنية للبحوث مهتمة بمواد الأنود السيليكونية ، مثل الشركات الناشئة التي تدعمها شركات رأس المال الاستثماري مثل أمبريوس ، إنوفيك وإنوفيا.
عندما تلتصق أيونات الليثيوم بالأنود أثناء شحن البطارية ، فإنه يتوسع قليلاً ثم يتقلص مرة أخرى أثناء الاستخدام ، وخلال دورات الشحن المتكررة ، فإن هذا التمدد والانكماش يدمر طبقة الواجهة الصلبة للكهرباء ، وهي حماية مادة ، تشكل اللويحة على سطح الأنود ، وهذا الضرر يمكن أن يسبب آثار جانبية ويستهلك جزء من الليثيوم في البطارية ، وقال Berdychevski: "إنه محصور في القمامة عديمة الفائدة."
وبمرور الوقت ، هذا هو السبب الرئيسي في أن تبدأ الهواتف الذكية في فقدان طاقتها بسرعة ، حيث تتوسع الأنودات الجرافيتية وتقلص بنسبة 7٪ تقريبًا ، لذلك يمكنها إكمال حوالي 1000 دورة شحن وتفريغ قبل أن يبدأ الأداء في الانخفاض بشكل حاد ، وهذا يعادل واحدًا. يدوم الهاتف الذكي لمدة عامين ويتم شحنه كل يوم ، ولكن نظرًا لأن جزيئات السليكون يمكنها امتصاص الكثير من الليثيوم ، فإنها تنتفخ أكثر عند الشحن (حتى 400٪) ، ومعظم أنودات السيليكون تحدث بعد عدة دورات شحن. على مدار أكثر من خمس سنوات في المختبر ، خلقت سيانا لتقنيات النانو متناهية الصغر من أجل حل مشكلة التوسع.
أوضح Berdychevski أنه إذا كان الجرافيت هو "شقة" ، فإن جميع "الغرف" هي بنفس الحجم ومعبأة بإحكام. بعد 30000 تكرار (أعمدة مختلفة وتركيبات الغرفة) )، فإنها تشكل القطب الموجب، حيث كل طابق لديه مساحة كافية للتوسع من ذرات السيليكون في الحصول على الليثيوم قال: «وضعنا مساحة إضافية المحاصرين داخل المبنى" هذا لا يحل مشكلة التوسع، مع الحفاظ على الأنود الأبعاد الخارجية والشكل مستقرة.
وقال Berdychevsky أن الجيل الأول من المواد التي ستقدمها Sila Nanotechnologies للمصنعين في العام المقبل سيزيد من كثافة الطاقة بنسبة 20٪ وسيزيد في نهاية المطاف بنسبة 40٪ ، في حين أنه سيحسن أيضًا السلامة. أنت بعيد عن الحافة ، يمكنك إخلاء 1٪ أو 2٪ من المساحة لتحسين سلامتك ". والأهم من ذلك ، يمكن أيضًا تحويلها مباشرةً إلى تصميم حالي. زيادة القدرة النباتية للتحضير لوصول عصر السيارة الكهربائية ، يعتقد Berdychevsky أن أي منتج غير متوافق مع عمليات الإنتاج الحالية قد يتم استبعاده ، وقال: "إذا لم تكن هناك تكنولوجيا يمكن أن تحل محل أيونات الليثيوم الآن عندما يتعلق الأمر بالسوق ، فإنه يستهل مجموعات لا تعد ولا تحصى من المستخدمين ".
عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل وتفريغها ، فإن أيونات الليثيوم ترقص بين القطبين الكهربائيين ، وفي بعض الأحيان يكون من الصعب إرجاعها ، وعلى العكس ، خاصة عندما يتم شحن البطارية بسرعة كبيرة ، فإنها تتراكم على السطح الخارجي للقطب ، وتشكل فروعًا شجيريًا بشكل تدريجي. في النهاية ، يمكن لهذه التشعبات المتجمدة على التزجيج أن تمتد على طول الطريق عبر الإلكتروليت ، وتخترق الحجاب الحاجز ، وتخلق دارة قصيرة عن طريق لمس القطب المقابل.
والمسافة بين طبقات تقترب، وهذا خطر زيادة فإن احتمال حدوث أخطاء تزيد. واعتبارا من العام الماضي وجدت أن سامسونج، والخطأ يمكن أن تسبب الضرر، وتكلفة عالية جدا. التصنيع الصغيرة وقد أدى العيوب إلى ماس كهربائى الداخلية غالاكسي ملاحظة 7 بطارية الهاتف الخليوي. في بعض الأجهزة، القطب الموجب والسالب اتصال النهائي مع بعضها البعض، من هذه الاستدعاءات كارثية مما أدى إلى خسارة تقدر ب 3.4 مليار يورو سامسونج. ويوضح أيوني المواد شركة زيمرمان : "وعندما يحدث ذلك، يمكن للبطارية أن تصبح ساخنة جدا، السائل المنحل بالكهرباء، يمكن أن يحدث هارب الحرارية، مما أدى إلى حرائق وانفجارات."
لأن هذا الوضع خطير للغاية ، في الواقع ، ليس هناك الكثير من الليثيوم في بطاريات الليثيوم أيون ، فقط حوالي اثنين في المئة ، ولكن إذا كان هناك طريقة لإطلاق الليثيوم معدن نقي بأمان من قفص أكسيد الكوبالت المعدني ، فإنه يشبه حاول Whitingham زيادة كثافة الطاقة عشرة أضعاف في السبعينات ، وهذا ما يسمى "الكأس المقدسة" لأبحاث البطارية ، وربما اكتشفه Zimmerman.
ويعتقد أن بالكهرباء هو في الواقع أكبر عقبة أمام زيادة كثافة الطاقة من البطارية. لقد كان تدريجيا لم يعد النظر في السائل المنحل بالكهرباء باستخدام تراجع، ولكن استخدام المواد الهلامية والبوليمرات، لكنها لا تزال عادة قابلة للاشتعال، ولكن أيضا لمنع سريع لم تساعد عملية الهروب من الحرارة ، فقد اعترف زيمرمان نفسه بأنه ليس "تحكمًا في البطارية" ، وقد تخصص في علوم المواد ، وخاصة البوليمرات ، ودرّس في مختبرات Bell و Tufts. بعد سنوات ، بدأت في بدء عمل تجاري.
2000s في وقت مبكر، وأصبح زيمرمان ترغب في بطارية قابلة للشحن في ذلك الوقت، وبعض الناس يحاولون تحويل من السائل إلى صلب بالكهرباء تخزين بالكهرباء، أحد كبار العلماء دونالد هاي جيت (دونالد هاي جيت) ويوضح: "من حيث المبدأ، ل البطارية بالكهرباء الصلبة هي أكثر أمنا، أنت يمكن أن تجعل من العمل بجدية أكبر. نفس التطبيق، يمكنك استخدام بطاريات أصغر. "لكنها في الغالب السيراميك أو الزجاج، لذلك هو هش، من الصعب الإنتاج الضخم."
وقد استخدمت البلاستيك في الخلايا في الفواصل ، أي في منتصف المنحل بالكهرباء لمنع التماس مع الأقطاب الكهربائية ، ويعتقد زيمرمان أنه إذا تمكن من العثور على المادة الصحيحة ، يمكنه التخلص من السائل المنحل بالكهرباء والفاصل ، واستبداله بالكهرباء. طبقة من البلاستيك الصلب ، هذه الطبقة من البلاستيك مقاومة للحريق وتمنع التشعبات من النمو بين الطبقتين. مع المواد الأيونية ، أنشأ زيمرمان بوليمر مع آلية توصيل جديدة تحاكي الطريقة التي تمر بها الإلكترونات عبر المعدن ، وهي أول بوليمر صلب يدير أيونات الليثيوم في درجة حرارة الغرفة ، وتكون المادة مرنة وقليلة التكلفة ، ويمكن أن تتحمل مجموعة متنوعة من الاختبارات.
في تجربة واحدة، والمواد الخام إلى مختبر المقذوفات، وهناك عادة ما تستخدم لاختبار سترة واقية من الرصاص، ورصاصة 9MM لاطلاق النار عليه. الأسلاك اثنين من البطارية (أكياس الفضة مسطحة) إلى قرص سامسونج، تتم إزالة القوة الأخيرة بعناية. بعد ضرب رصاصة، انفجرت بطارية مثل بركان في حركة بطيئة، تستطيع أن ترى في البلاستيك والمعادن طرد من فوهة البركان، مثل الحمم البركانية، ولكن البطارية الداخلية لا تندلع، لا انفجار أو حريق كل تصادم وقال الجهاز سوف تبقى على زيمرمان: "نحن نؤمن دائما بأن البوليمر سيجعل من أكثر أمنا، ونحن لا نتوقع بطارية يمكن أن تستمر في العمل '
ووفقًا لزيمرمان ، فإن هذا البوليمر سيدفع تطوير معدن الليثيوم ويسرّع اعتماد كيمياء بطاريات جديدة مثل الليثيوم-الكبريت أو الليثيوم والهواء ، ولكن قد لا يكون المستقبل على المدى البعيد مجرد الليثيوم ، كما يقول الباحث ليو شو تشينغ من جامعة مانشستر. قال: "هذا التحسن لا يمكن أن تتطابق مع سرعة تحسين أداء المعدات ، ونحن بحاجة إلى ثورة".
وقعت هارويل في اوكسفوردشاير علم واسع وحديقة الابتكار، وهو جون غود ايفانوف (يوحنا خوارج) اتفاقا لنبذ المكان الذي حققوا اختراقا كبيرا في مجال الليثيوم أيون براءات الاختراع، وستيفن والر (ستيفن فولر) الخطوة وكان المشروبات كوب وقطعة من حجم وشكل ألياف الكربون مماثلة والر وانيس مشجعي مانشستر سيتي، ما يقرب من 50 عاما. قبل انضمامه إلى أول متصفح للعلامة التجارية نتسكيب (نتسكيب) شركة، كان يعمل مهندس البرمجيات في IBM. بعد أن حصلت شركة AOL على الشركة ، شعر أللر بخيبة أمل متزايدة بسبب محدودية عمر بطارية الكمبيوتر المحمول ، لذلك قرر اتخاذ بعض الإجراءات.
كانت الفكرة الأولى لشركة Waller هي استخدام خلايا وقود الهيدروجين لتمديد فترة شحن البطارية ، ولكن تذبذبها أثبت أنه تحد لم تتمكن الأجهزة الإلكترونية المحمولة من التغلب عليه ، حيث قال: "من الصعب جدًا الحصول على الهيدروجين عبر أمن المطارات". من خلال معارف جامعة أكسفورد ، سمعت والير عن بعض الأبحاث المثيرة ، بما في ذلك مواد شحن سريعة للغاية تتصرف بشكل أشبه بالمكثفات الفائقة ، فعندما تخزن البطاريات الطاقة كيميائياً ، يمكن للمكثفات الفائقة وضعها في مجال كهربائي. تمامًا مثل المجموعة الثابتة على البالون.
مشكلة Supercapacitor هو أنها لا تحب بطارية لتخزين الكثير من الطاقة والكهرباء وتسرب قريبا. إذا كنت لا تستخدم في كثير من الأحيان، وتصريف بطارية ليثيوم أيون المستدامة أسبوعين، ويمكن الحفاظ على ultracapacitors فقط لعدة ساعات. يعتقد كثير من المطلعين على الصناعة أن الجمع بين المكثفات وبطاريات فائقة معا، فإنه قد يكون من المفيد للهواتف الذكية المتعطشين للسلطة وغيرها من منتجات التكنولوجيا الاستهلاكية. وقال هاي جيت السوبر مكثف يمكن استخدامها لجعل مزيج الكهرباء يمكن شغلها في غضون دقيقة أو اثنتين ، ولكن أيضا بطاريات احتياطية يثيوم أيون، قال هواتف النقالة قال: "إذا كنت تستطيع تهمة بسرعة كبيرة، ويمكنك وضعه على لفائف التعريفي، عند شحن اثارة القهوة"
وأصر على أنه يمكن أن نفعل ما هو أفضل. في عام 2013، أسس ZapGo، تقوم الشركة بتطوير بطارية المعتمدة على الكربون، سرعة الشحن وسوبر مكثف أسرع وقت، ولكن في وقت الشحن من بطارية ليثيوم أيون ما شابه ذلك. ولنوفمبر 2017 نما موظفو الشركة إلى 22 شخصًا ، يعملون في مختبرات أبلتون في روثرفورد وشارلوت بولاية نورث كارولينا ، وسيتم استخدام أول بطارية للمستهلك في نهاية العام. إدخال منتجات طرف ثالث، بما في ذلك جهاز الوثب بداية للسيارة، ووقت الشحن 8-5 ساعات الدراجات البخارية الكهربائية.
والر الألياف يد قطعة الكربون هو البطارية، يتم استخدام بالكهرباء الصلبة، لا تشتعل فيها النيران. اثنان من أقطاب هي طبقة رقيقة من الألمنيوم، مع تغطية النانو الكربونية أعلاه، لزيادة مساحة السطح. والر وقال: 'تريد أن تبدو وكأنها جبال الهيمالايا ". وعلى الرغم من تحت المجهر، فإنه أشبه أفق المدينة الخطوط العريضة التكنولوجيا الرئيسية ZapGo لتحسين الكفاءة وتخفيض كمية التسرب، وذلك أساسا عن طريق ضمان سلس والكهارل. أفق الكربون أعلاه يتزامن، تماما كما الفيلكرو.
أكبر ميزة طول العمر بطارية القائمة على الكربون بسبب ZapGo تخزين البطارية هو أشبه البالون، وبدلا من البطارية التقليدية. وكما قال والر "لا الكيمياء"، وادعى أن البطارية الجديدة يمكن أن تستمر 100،000 التفريغ، وهو الليثيوم 100 مرة أيون حتى شحن الهاتف كل يوم، ويمكن أيضا أن تستخدم لمدة 30 عاما. لم يكن الجيل الثالث ZapGo البطارية الحالية قوية بما يكفي لتشغيل نقطة من الهواتف الذكية، ولكن نظرا للمواد المستخدمة لا توفر زيادة الجهد عقبة الر ومن المتوقع أن يكون عام 2022 هذه البطارية، وهذا هو، "اي فون حوالي 15 'وضعت موضع التطبيق.
وهذا يتطلب تغييراً في البنية التحتية للشحن ، وقد تم تحميل العديد من الانفجارات على أجهزة شحن خارجية رخيصة لا تمتلك الأجهزة الإلكترونية اللازمة لإيقاف الانفجار ، وبالنسبة لبطاريات ZapGo أو أي نظام يعتمد على المحطات الفائقة ، فإنك تحتاج إلى شحن. للقيام بالشيء المعاكس - التقط الطاقة من الشبكة وخزنها ، ثم أرسلها إلى هاتفك في وقت قصير ، وفي المعمل ، قام فريق Waller ببناء مورد طاقة بحجم الكمبيوتر المحمول ، ولكن انهم يعملون بجد لجعله أصغر وأكثر كفاءة.
وتساءل كثير من الناس ، بما فيهم سام كوبر من معهد دايسون للتصميم والهندسة ، عما إذا كانت هذه الشركات تريد حقا أن تزرع الملحقات التي تستمر لفترة طويلة في منتجاتها ، وقال كوبر: 'شركة الهاتف المحمول هناك حافز ربح واضح ، وهو إيقاف المعدات القديمة في الوقت المناسب للإصدار التالي ، ولهذا السبب ، فإن المنافسة لتطوير بطاريات أفضل قد لا تكون موجودة على الإطلاق. ”يعترف والر بأن واحدة من 30 براءة اختراع ZapGo تحمل يمكن للطريقة أن تقلل من عمر البطارية بشكل صناعي وتمنعها من الاستمرار في الاستخدام لمدة 30 عامًا ، وقال: "لن نفعل ذلك ، ولكن إذا كان العميل مستعدًا ، فلدينا القدرة على توفيرها".
بالمقارنة مع التقنية الصناعية السابقة ، تتميز تكنولوجيا تخزين الطاقة المعتمدة على الكربون بميزة رئيسية أخرى ، حيث يمكن استخدامها في الواقع كهيكل خارجي للهواتف المحمولة ، ولم تصمم Waller بطارية مناسبة لتصميم الهاتف المحمول الحالي ، ولكن للشاشات المرنة. التحضير لمستقبل معدات الطي.تحت شبكة 5G ، تأتي جميع بياناتنا من السحابة ، ويصبح عمر البطارية أكثر أهمية.
سار والير على طول الممر الضيق لمكتبه ، حيث كان يسير في شمس الظهيرة ، من خلال ظل مصدر الماس الخفيف ، وهو مبنى ضخم على شكل حلقة يشبه سفينة فضائية غريبة هبطت في ريف أوكسفوردشاير. يستخدم الباحثون حزمًا متسارعة لدراسة المواد المحتملة للبطارية على نطاق مجهري ، واستكشاف سبب فشل بطاريات الليثيوم - الكبريت ، وإيجاد مواد بديلة للحصول على الأنودات والكاثود ، التي ابتليت بها الحقل منذ ما يقرب من 30 عامًا.
ولوح ولر بالهاتف الذكي في الهواء ، متجهماً العيوب في بطاريات أيونات الليثيوم ، التي دفعته ومئات آخرين للانضمام إلى هذا السباق ذي الخطورة العالية من أجل إعادة اختراع هذه العيوب ولكن المعيبة وقال: "علينا جميعا تطوير استراتيجيات للتعامل مع هذا الوضع ، سواء كانت بطارية احتياطية أو اثنين من الهواتف المحمولة ، فمن الجنون ، لا ينبغي أن تكون الأمور من هذا القبيل."
