Laut dem Wired-Magazin betreiben Lithium-Ionen-Batterien eine breite Palette von elektronischen Produkten, von Smartphones bis zu Laptops, von Elektroautos bis zu E-Zigaretten.Wie das Potenzial von Lithium bis zum Extrem entwickelt wird, arbeiten die Forscher Versuchen Sie den nächsten Durchbruch zu finden: Wenn Sie diesen Artikel auf Ihrem Smartphone lesen, bedeutet das, dass Sie eine "Bombe" halten. Unter dem Schutzschirm befindet sich Lithium (ein sehr flüchtiges Metall, einmal mit Wasser). Verbindungen, die durch Kontakt entzündet werden, werden zerlegt und in einer starken chemischen Reaktion rekonstituiert, die eine unverzichtbare treibende Kraft für die moderne Welt darstellt.
Lithium wird in Mobiltelefonen, Tablets, Laptops und Smartwatches verwendet und ist in unseren E-Zigaretten und Elektrofahrzeugen zu finden: Es ist leicht und weich und energieintensiv, so dass es ein tragbares elektronisches Produkt ist. Die Quelle perfekter Leistung: Doch als die Verbrauchertechnologie immer leistungsfähiger wurde, war es immer schwierig, mit der Technologie der Lithium-Ionen-Batterie Schritt zu halten.Wie jetzt die Welt von Lithium abhängig ist, wetteifern die Wissenschaftler um neue Erfindungen Die batteriebetriebene Batterie der Welt.
Großer Leuchtschirm, schnellere Verarbeitungsgeschwindigkeit, schnelle Datenverbindungen und schlankes Design Mode, was bedeutet, dass viele Smartphone-Batterie schwierig ist, einen ganzen Tag zu unterstützen. Manchmal, auch Handy-Nutzer mehrmals geladen wird in viele Geräte Batterielebensdauer drastisch verkürzen und musste geworfen werden in den Papierkorb. die großen Vorteile von Lithium auch seine größte Schwäche. es ist instabil und explodieren können. Energie-Lithium-Ionen-Laptop-Batterien nach zwei Jahren Einsatz, wie bei fast der gleichen Granaten ionischen Materialien, Gründer und CEO Mike Zimmerman (Mike Zimmerman) sagte: ‚Tasche Smartphones wie seine Tasche wie Kerosin.‘
Zimmerman war Zeuge des brennenden Effekts in seinem firmeneigenen Forschungslabor in Woburn, Massachusetts, USA: In einem Experiment treibt eine Maschine einen Nagel durch einen Akkupack, und der Akku dehnt sich schnell aus. Wie Popcorn in einer Mikrowelle leuchtet es hell. Die Batterieforschung der letzten 50 Jahre war immer ein Drahtseilakt zwischen Leistung und Sicherheit, das heißt, so viel Energie wie möglich zu extrudieren, ohne Lithium auf die Spitze zu treiben.
Wir tun dies jetzt: Es wird prognostiziert, dass der globale Batteriemarkt bis 2022 25 Milliarden US-Dollar erreichen wird, aber die Verbraucher glauben, dass in einer Umfrage nach der anderen die Akkulaufzeit am meisten über Smartphones betroffen ist. Funktion: Mit der Popularität von 5G-Netzen mit höherem Energieverbrauch in den nächsten zehn Jahren wird das Problem nur noch schlimmer werden, und diejenigen, die das Problem lösen können, werden riesige Gewinne erzielen.
Ionic Materials ist nur eines von Dutzenden von Unternehmen, die sich einem epischen Wettbewerb stellen, der das Batterieproblem grundlegend überdenkt, doch die Konkurrenz wurde von falschen Anfängen, schmerzhaften Rechtsstreitigkeiten und gescheiterten Startups geplagt. Nach zehn Jahren langsamer Entwicklung gibt es immer noch Hoffnung: Wissenschaftler aus Start-ups, Universitäten und finanzstarken Labors auf der ganzen Welt nutzen ausgeklügelte Werkzeuge, um neue Materialien zu finden, die die Energiedichte von Smartphone-Batterien dramatisch zu erhöhen scheinen. Und Akkulaufzeit, und erstellen Sie umweltfreundlichere, sicherere Geräte, die in Sekunden aufgeladen werden und für den Dauerbetrieb den ganzen Tag ausreichen.
Die Batterie erzeugt Elektrizität durch die Zersetzung von Chemikalien.Da der italienische Physiker Alessandro Volta die Batterie 1799 erfunden hat, um die Frosch-Debatte zu lösen, hat jede Batterie die gleichen Schlüsselkomponenten. Zwei Metallelektroden - eine negativ geladene Anode und eine positiv geladene Kathode, getrennt durch eine Substanz, die als Elektrolyt bezeichnet wird Wenn die Batterie an einen Stromkreis angeschlossen wird, reagieren die Metallatome in der Anode chemisch und verlieren ein Elektron. Wird zu einem positiv geladenen Ion und wird durch den Elektrolyten an die positive Elektrode angezogen Gleichzeitig fließen Elektronen (auch negativ geladen) zur Kathode, aber nicht durch den Elektrolyten, sondern durch den Stromkreis außerhalb der Zelle. Es ist an das Gerät zur Stromversorgung angeschlossen.
Die Metallatome auf der Anode werden schließlich auslaufen, was bedeutet, dass die Batterie leer ist, aber in wiederaufladbaren Batterien kann dieser Prozess durch Aufladen umgekehrt werden, was die Ionen und Elektronen zurück in ihre ursprüngliche Position zwingt, um den Zyklus erneut zu starten. Brigade: Elektroden aus reinem Metall können dem ständigen Druck der Atome nicht widerstehen, ein- und auszutreten, ohne zu kollabieren, daher müssen wiederaufladbare Batterien eine Kombination von Materialien verwenden, um die Anode und die Kathode durch wiederholte Ladezyklen in Form zu halten. Es gibt "Räume" für reaktive Elemente. Die Leistung von wiederaufladbaren Batterien hängt zu einem großen Teil davon ab, wie schnell man in diese Räume hinein- und hinausgehen kann, ohne dass das Gebäude zusammenbricht.
1977 arbeitete der junge britische Wissenschaftler Stan Whittingham im Exxon-Werk in Linden, New Jersey, baute eine Anode und verwendete Aluminium, um einen "Wohnblock" zu bilden. Wände und Fußböden "mit Lithium als aktivem Material. Wenn er die Batterie auflädt, bewegen sich Lithiumionen von der Kathode zur Anode und präzipitieren in der Lücke zwischen den Aluminiumatomen. Beim Entladen bewegen sie sich in die andere Richtung zurück durch den Elektrolyten. Platz auf der Seite der Kathode.
Whittingham erfand die erste wiederaufladbare Lithium-Batterie der Welt, eine münzgroße Batterie, die eine Solaruhr mit Strom versorgt, aber wenn er versucht, die Spannung zu erhöhen (mehr Ionen ein- und auszuschalten) oder eine größere Batterie herzustellen Zu dieser Zeit werden sie weiter brennen: 1980 gelang dem amerikanischen Physiker John Goodenough, der an der Universität Oxford arbeitete, der Durchbruch, Goodnow war ein Christ, einmal in der zweiten Welt. Während des Krieges diente er als Meteorologe der US Army, er ist auch Experte für Metalloxide und vermutet, dass es definitiv eine Substanz gibt, die einen stärkeren Käfig für Lithium bieten kann als die von Whitingham verwendete Aluminiumverbindung.
Goodnow führte zwei Postdoktoranden an, um das Periodensystem systematisch zu untersuchen, wobei Lithium mit verschiedenen Metalloxiden verglichen wurde, um zu sehen, wie viel Lithium aus ihnen extrahiert werden konnte, bevor sie zusammenbrachen. eine Mischung aus Kobalt und Blau, die in ganz Zentralafrika ein blau-graues Metall ist Lithiumkobaltoxid kann bis zu 50% Lithium aushalten Wenn es als Kathode verwendet wird, ist das ein großer Fortschritt in der Batterietechnologie. Schritt: Kobalt ist ein leichteres, kostengünstigeres Material, das sowohl für kleine als auch große Anlagen geeignet ist und anderen Materialien auf dem Markt überlegen ist.
Heute erscheint die Kathode von Goodnow fast auf allen tragbaren Geräten auf der Erde, aber er hat keinen Pfennig daraus gemacht. "Oxford weigerte sich, ein Patent zu beantragen, und er selbst gab dieses Recht auf. Aber es änderte die Möglichkeit. Nach zehn Jahren Bastelei hat Sony die Lithiumkobaltoxidkathode von Goodnow mit einer Kohlenstoffanode kombiniert, um die Lebensdauer der Batterie der neuen Kamera CCD-TR1 zu verbessern. Eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie für Konsumgüter, die die Welt verändert hat.
Gene Berdichevsky war der siebte Mitarbeiter von Tesla, als die Elektroauto-Firma 2003 gegründet wurde, hat sich die Energiedichte der Batterie seit zehn Jahren stetig erhöht, und die jährliche Zunahme um etwa 7 Prozent. aber um etwa 2005 gefunden Bodiqiefu Sharansky, dass die Leistung von Lithium-Ionen-Akku. in den letzten sieben oder acht Jahren einpendeln begonnen haben Wissenschaftler mußten alle Anstrengungen, um zu kämpfen, auch wenn es 0,5% Verbesserte Akkuleistung.
Der Fortschritt zu dieser Zeit war hauptsächlich auf Verbesserungen in der Technik und Herstellung zurückzuführen, sagte Berdychevsky: "Nach 27 Jahren moderner chemischer Reaktionen werden sie ständig verfeinert." Die Materialien sind reiner, Batteriehersteller konnten jede Schicht herstellen Der Weg, dünner zu werden, besteht darin, mehr aktive Materialien in den gleichen Raum zu laden, Berdychevski nennt das "Luft aus dem Glas saugen", aber es birgt auch Risiken: Moderne Batterien bestehen aus extrem dünnen Kathoden Die abwechselnden Schichten von Elektrolyt- und Anodenmaterialien sind eng mit den Kupfer- und Aluminium-Ladungskollektoren integriert, um die Elektronen aus der Batterie und zu dem gewünschten Ort zu transportieren.
In vielen High-End-Batterien ist eine Kunststoffmembran zwischen der Kathode und der Anode angeordnet, um Kontakt und Kurzschluss zu verhindern, und ist nur 6 Mikrometer dick (etwa 1/10 der Dicke eines menschlichen Haares), was sie anfällig für Quetschschäden macht. Aus diesem Grund warnt das Sicherheitsvideo der Fluggesellschaft, dass, wenn Ihr Telefon in den Mechanismus fällt, versuchen Sie nicht, den Sitz anzupassen.
Jede Verbesserung von Lithium-Ionen-Batterien erfordert Kompromisse.Eine zunehmende Energiedichte verringert die Sicherheit.Einführung der Schnellladung kann die Lebensdauer der Batterie verringern, was bedeutet, dass die Leistung der Batterie noch schneller abfällt.Das Potenzial von Lithium-Ionen nähert sich seiner an Theoretische Grenzen Seit dem Durchbruch von Goodnow haben Forscher versucht, den nächsten Sprung zu finden, indem sie systematisch die vier Hauptbestandteile der Batterie - Kathode, Anode, Elektrolyt und Separator - untersuchen und verwenden. Je komplizierter das Werkzeug.
Clare Grey studiert an der Oxford University in Goodnow und erforscht Lithium-Luft-Batterien, bei denen Sauerstoff in der Luft als weitere Elektrode verwendet wird. Die Dichte, aber sie zuverlässig laden zu lassen und für mehr als ein paar Zyklen zu halten, ist im Labor schwierig genug, ganz zu schweigen von der schmutzigen und unberechenbaren Luft in der realen Welt.
Obwohl Grey behauptet, kürzlich einen Durchbruch erzielt zu haben, hat die Forschungsgemeinschaft die Aufmerksamkeit auf Lithium-Schwefel-Batterien gelenkt, die eine billigere und leistungsfähigere Alternative zu Lithium-Ionen bieten, aber Wissenschaftler versuchen immer, sie aufzuhalten. Die auf der Kathode gebildeten Kathoden und der Schwefel auf der Anode lösen sich durch wiederholtes Laden auf, Sony soll dieses Problem gelöst haben und hofft, Verbraucherelektronik mit Lithium-Schwefel-Batterien bis 2020 auf den Markt zu bringen. .
An der Universität von Manchester versucht der Materialwissenschaftler Xuqing Liu, mehr Energie aus einer Kohlenstoffanode zu gewinnen: Er kombiniert zweidimensionale Materialien wie Graphen, um die Oberfläche zu vergrößern und das Lithiumatom zu erhöhen. Die Nummer: Liu Xuqing vergleicht sie mit der Anzahl der Seiten, die einem Buch hinzugefügt wurden, und die Universität investierte in den Bau eines Trockenlabors, in dem die Forscher verschiedene Komponenten zum Testen verschiedener Elektroden und Elektrolyte sicher und einfach austauschen können. Kombination.
Unglaublich, selbst Goodnow selbst beschäftigt sich mit diesem Thema: Im vergangenen Jahr veröffentlichte er im Alter von 94 Jahren eine Arbeit, in der er eine Batterie beschreibt, die dreimal so groß ist wie die Kapazität bestehender Lithium-Ionen-Batterien. Frage: Ein Forscher sagte: "Wenn jemand anders als Goodnow diesen Artikel veröffentlicht, möchte ich vielleicht heiraten."
Trotz der Veröffentlichung von Tausenden von Papieren, der Finanzierung von Milliarden von Dollars und Dutzenden gegründeter und finanzierter Startups sind die grundlegenden chemischen Funktionen der meisten unserer Konsumelektronikprodukte seit 1991 nahezu unverändert geblieben. In Bezug auf Kosten, Leistung und Portabilität der Unterhaltungselektronik gibt es nichts, was die Kombination von Lithium-Cobalt-Oxid und Carbon ersetzen könnte: Der Akku des iPhone X ist fast identisch mit dem ersten Camcorder von Sony.
Im Jahr 2008 verließ Berdychevsky Tesla und begann sich auf neue Batteriechemie zu konzentrieren.Er ist besonders daran interessiert, Alternativen zu Graphitanoden zu finden, von denen er glaubt, dass sie das größte Hindernis für bessere Batterien darstellen. Berdychevsky sagte: "Die Verwendung von Graphit gibt es schon seit sechs oder sieben Jahren, und es wird jetzt hauptsächlich in der thermodynamischen Kapazität der Batterie verwendet." 2011, er und sein ehemaliger Kollege Alex von Tesla Alex Jacobs, Professor für Materialwissenschaften am Georgia Institute of Technology, Gleb Yushin, ist Mitbegründer von Sila Nanotechnologies und hat ein offenes Layout in der Bay Area in Alameda mit Atari-Spielen. Genannter Konferenzraum, Industrielabor gefüllt mit Öfen und Gasleitungen.
Nachdem die drei Männer alle möglichen Lösungen untersucht hatten, stellten sie theoretisch fest, dass Silizium das vielversprechendste Material ist, sie müssen nur die Technologie zum Laufen bringen, viele Leute haben es schon einmal versucht, aber sie haben alle versagt, aber Burdy Chevsky und seine Kollegen sind optimistisch: Ein Siliziumatom kann 4 Lithiumionen anlagern, was bedeutet, dass eine Siliziumanode 10 mal mehr Lithium speichern kann als eine Graphitanode mit ähnlichem Gewicht. Das Potenzial bedeutet, dass die National Academy of Research an Silizium-Anodenmaterialien interessiert ist, ebenso wie Start-ups, die von Risikokapitalfirmen wie Amprius, Enovix und Envia unterstützt werden.
Wenn Lithiumionen während des Aufladens der Batterie an der Anode anhaften, dehnt sie sich leicht aus und schrumpft dann während des Gebrauchs wieder.Während wiederholter Ladungszyklen zerstört diese Expansion und Kontraktion die Festelektrolytgrenzschicht, was ein Schutz ist Substanz, die Plaque auf der Oberfläche der Anode bildet.Diese Schäden können Nebenwirkungen verursachen und einen Teil des Lithiums in der Batterie verbrauchen. Berdychevski sagte: "Es ist in nutzlosem Müll eingeschlossen."
Dies ist der Hauptgrund dafür, dass Smartphones im Laufe der Zeit schnell Energie verlieren: Graphitanoden erweitern und kontrahieren um etwa 7%, so dass etwa 1000 Lade- und Entladezyklen abgeschlossen werden können, bevor die Leistung stark abfällt. Das Smartphone hält zwei Jahre und wird jeden Tag aufgeladen, aber weil Siliziumpartikel so viel Lithium aufnehmen können, quellen sie beim Laden viel stärker auf (bis zu 400%). Die meisten Siliziumanoden treten nach mehreren Ladezyklen auf. In mehr als fünf Jahren im Labor hat Sila Nanotechnologies ein Nanokomposit zur Lösung des Expansionsproblems entwickelt.
Berdychevski erklärte, dass, wenn die Graphitanode eine "Wohnung" ist, alle "Räume" gleich groß und dicht gepackt sind. Nach 30.000 Iterationen (unterschiedliche Spalten und Raumkombinationen) ), bilden sie die Anode, wobei jede Schicht genug Platz für die Siliziumatome hat, um sich bei der Lithiumgewinnung auszudehnen. Er sagte: "Wir fangen den zusätzlichen Raum im Inneren des Gebäudes ein." Dies löst das Ausdehnungsproblem, während die Anode erhalten bleibt Äußere Abmessungen und Form sind stabil.
Berdychevsky sagte, dass die erste Generation von Materialien, die Sila Nanotechnologies den Herstellern im nächsten Jahr zur Verfügung stellen wird, die Energiedichte um 20% erhöhen und schließlich um 40% erhöhen wird, während auch die Sicherheit verbessert wird Sie sind weit vom Rand entfernt, Sie können 1% oder 2% des Platzes räumen, um Ihre Sicherheit wirklich zu verbessern. "Am wichtigsten ist, dass es auch direkt in ein bestehendes Design umgewandelt werden kann Berdychevsky glaubt, dass jedes Produkt, das mit den derzeitigen Produktionsprozessen nicht kompatibel ist, ausgeschlossen werden kann, indem es die Produktionskapazität erhöht, um sich auf das Zeitalter des Elektrofahrzeugs vorzubereiten, und sagte: "Wenn es keine Technologie gibt, die Lithiumionen ersetzen kann Wenn es um den Markt geht, wird es zahllose Nutzergruppen einläuten. "
Wenn die Batterie vollständig geladen und entladen wird, tanzen Lithiumionen zwischen den beiden Elektroden, manchmal sind sie schwer zurückzugeben, und umgekehrt, besonders wenn die Batterie zu schnell lädt, sammeln sie sich an der Außenseite der Elektrode an und bilden allmählich dendritische Zweige. Wie die Stalaktiten an der Spitze der Höhle, können diese scheinbar mattierten Dendriten auf der Verglasung den ganzen Weg durch den Elektrolyten reichen, in die Membran eindringen und durch Berühren der Gegenelektrode einen Kurzschluss erzeugen.
Wenn sich der Abstand zwischen den Schichten annähert, steigt das Risiko und die Fehlerwahrscheinlichkeit nimmt zu .. Wie Samsung im vergangenen Jahr festgestellt hat, können Fehler Schäden verursachen und sind teuer Der Defekt verursachte einen internen Kurzschluss in der Mobiltelefonbatterie des Galaxy Note 7. Bei einigen Geräten kamen Anode und Kathode schließlich miteinander in Kontakt, und dieses katastrophale Rückrufereignis schätzte, dass Samsung 3,4 Milliarden Euro verloren hat, erklärte Zimmerman von Ionic Materials : "Wenn dies passiert, wird die Batterie sehr heiß und der flüssige Elektrolyt wird entweichen und schließlich ein Feuer und eine Explosion verursachen."
Weil diese Situation sehr gefährlich ist, gibt es in Lithium-Ionen-Batterien nicht so viel Lithium, nur etwa zwei Prozent, aber wenn es einen Weg gibt, reines metallisches Lithium sicher aus dem Metallkobaltoxid-Käfig freizusetzen, ist es ähnlich Whitingham versuchte in den siebziger Jahren, die Energiedichte um das Zehnfache zu erhöhen, was der "Heilige Gral" der Batterieforschung genannt wird, und Zimmerman mag es entdeckt haben.
Er glaubt, dass der Elektrolyt ist eigentlich das größte Hindernis für die Energiedichte der Batterie zu erhöhen. Es ist in dem flüssigen Elektrolyten mit Dip nach und nach nicht mehr Angelegenheit gewesen ist, aber die Verwendung von Gelen und Polymeren, aber sie sind in der Regel noch brennbar, aber auch schnell zu verhindern die thermische Instabilität Prozess hilft nicht. Zimmerman selbst zugibt, er war kein ‚Batteriekontrolle‘. er in der Materialwissenschaft studierte, insbesondere Polymere, lehrte er an den Bell labs und eine 14 Tufts University Jahre später fing ich an, ein Geschäft zu gründen.
Zu Beginn des 21. Jahrhunderts begann sich Zimmerman für wiederaufladbare Batterien zu interessieren, damals versuchten einige Menschen, von flüssigen Elektrolyten zu festen Elektrolyten zu wechseln, erklärte Senior-Energiespeicher-Wissenschaftler Donald Highgate: "Im Prinzip, weil Festelektrolyt-Batterien sind sicherer, Sie können es härter arbeiten lassen. Bei der gleichen Anwendung können Sie kleinere Batterien verwenden. "Aber sie sind meist Keramik- oder Glasprodukte, daher sind sie sehr spröde und schwer zu produzieren."
Kunststoffe wurden in Zellen in Separatoren verwendet, das heißt in der Mitte des Elektrolyten, um den Kontakt mit den Elektroden zu verhindern.Zimmerman glaubt, dass er, wenn er das richtige Material finden kann, den flüssigen Elektrolyt und Separator verwerfen und durch einen ersetzen kann Diese Schicht aus Kunststoff ist feuerfest und verhindert, dass Dendriten zwischen den beiden Schichten wachsen.Mit Ionic Materials hat Zimmerman ein Polymer mit einem neuen Leitungsmechanismus geschaffen, der nachahmt Die Art und Weise, wie Elektronen durch das Metall gehen.Dies ist das erste feste Polymer, das Lithiumionen bei Raumtemperatur leitet.Das Material ist flexibel, kostengünstig und hält einer Vielzahl von Tests stand.
In einem Experiment schickten sie die Rohstoffe in das Ballistiklabor, wo sie normalerweise kugelsichere Westen prüften und mit 9-mm-Geschossen feuern, wobei zwei Drähte die Batterie (flacher silberner Beutel) mit dem Samsung-Tablet verbanden. Die Stromversorgung des Letzteren wurde sorgfältig entfernt, und nach dem Einschlag des Geschosses explodierte die Batterie wie ein Vulkan.Während der Zeitlupe konnten Plastik und Metall aus dem Krater herausgeschleudert werden wie Lava, aber es gab keine Explosion in der Batterie. Keine Explosionen oder Brände. Das Gerät bleibt bei jeder Kollision. Zimmerman sagte: "Wir denken immer, dass Polymere es sicherer machen, wir erwarten nie, dass die Batterie weiter funktioniert."
Laut Zimmerman sagte, dass dieser Polymer die Entwicklung von Lithium-Metall fördern würde, und beschleunigt die Einführung neuer Batteriechemie, wie Lithium - Schwefel oder Lithium - Luft, aber langfristige Zukunft kann nicht nur Lithium-Forscher der Universität von Manchester Liuxu Qing. er sagte: ‚diese Verbesserung nicht das Tempo der Verbesserung der Geräteleistung mithalten können, brauchen wir eine Revolution.‘
Harwell in Oxfordshire große Wissenschafts- und Innovationspark, der John Goode Ivanov (John Goodenough) eine Vereinbarung unterzeichnet ist, den Platz zu verzichten, wo er einen großen Durchbruch in Lithium-Ionen-Patent Feld, Stephen Waller (Stephen Völler) aus Zug Getränkebecher und ein Stück von ähnlicher Größe und Form der Kohlefaser. waren Wallere ein liebenswürdiger Manchester City Fans, fast 50 Jahre alt. vor der Marke ersten Browser Netscape (Netscape) Unternehmen zu verbinden, die er als Software-Ingenieur bei IBM gearbeitet. Nachdem das Unternehmen von AOL übernommen wurde, war Waller zunehmend von den Einschränkungen der Lebensdauer der Laptop-Batterie enttäuscht und beschloss daher, einige Maßnahmen zu ergreifen.
Wallers erste Idee war es, Wasserstoff-Brennstoffzellen zu verwenden, um die Batterielaufzeit zu verlängern, aber seine Volatilität stellte sich als eine Herausforderung heraus, die die tragbare Elektronik nicht überwinden konnte: "Es ist ziemlich schwierig, Wasserstoff durch die Flughafensicherheit zu bringen." Durch die Bekanntschaft mit der Universität Oxford hat Waller von einigen aufregenden Forschungen gehört, darunter extrem schnellladende Materialien, die sich mehr wie Superkondensatoren verhalten Wenn Batterien Energie chemisch speichern, können Superkondensatoren sie in ein elektrisches Feld setzen. Genau wie die statische Sammlung auf einem Ballon.
Das Problem mit Superkondensatoren ist, dass sie nicht so viel Energie wie eine Batterie speichern, und die Ladung schnell austritt.Wenn Sie es nicht oft verwenden, können Lithium-Ionen-Batterien bis zu 2 Wochen dauern, während Superkondensatoren nur Stunden dauern können. Viele in der Industrie glauben, dass die Kombination von Superkondensatoren mit Batterien vorteilhaft für Smartphones und andere energiehungrige Verbrauchertechnologieprodukte sein kann.Highgate sagt, dass Superkondensatoren verwendet werden können, um einen Hybrid herzustellen, der in zwei Minuten vollständig geladen werden kann. Das Telefon kann aber auch als Ersatz-Lithium-Ionen-Akku verwendet werden und sagte: "Wenn man sehr schnell aufladen kann, kann man es auf die Induktionsspule legen und aufladen, wenn man den Kaffee rührt."
Waller glaubt, dass er es besser kann: 2013 gründete er ZapGo, das eine Batterie auf Kohlenstoffbasis entwickelt, die so schnell wie ein Superkondensator, aber mit einer Ladezeit ähnlich der einer Lithium-Ionen-Batterie, bis November 2017 auflädt Die Mitarbeiter des Unternehmens sind in den Appleton Labs in Rutherford und Charlotte, North Carolina, auf 22 Mitarbeiter angewachsen und werden Ende des Jahres ihre erste Verbraucherbatterie einsetzen. Einführung von Produkten von Drittanbietern, einschließlich Booster-Starter für Autos und Elektroroller mit Ladezeiten von 8 Stunden auf 5 Minuten reduziert.
Die Kohlefaser, die Waller in der Hand hält, ist eine Batterie, die einen Festelektrolyten verwendet, der kein Feuer fängt.Die zwei Elektroden bestehen aus dünnschichtigem Aluminium, das mit nanostrukturiertem Kohlenstoff überzogen ist, um die Oberfläche zu vergrößern Sagen Sie: "Sie wollen, dass es wie der Himalaya aussieht." Trotz des Mikroskops ähnelt es eher der Silhouette der Stadt. Der Schlüssel zur ZapGo-Technologie liegt in der Verbesserung der Effizienz und der Reduzierung von Leckagen, vor allem durch die nahtlose Herstellung des Elektrolyten Die Carbon Skyline oberhalb entspricht, wie ein Klettverschluss.
Der größte Vorteil von kohlenstoffbasierten Lebensdauer der Batterie ist, weil ZapGo Batteriespeicher mehr wie ein Ballon ist, anstatt eine herkömmliche Batterie. Wie Waller sagte: ‚keine Chemie‘, behauptet er, dass die neue Batterie 100.000 Entladezyklen dauern kann, die ein Lithium 100 mal Ionen-Akku aufladen sogar das Telefon jeden Tag, auch für 30 Jahre verwendet werden. die aktuelle dritte Generation ZapGo Batterie nicht stark genug war, den Punkt von Smartphones zu laufen, aber aufgrund der verwendeten Materialien bieten keine Spannung Hindernis Waller erhöht diese Batterie wird voraussichtlich im Jahr 2022 sein, das heißt, ‚iPhone um 15‘ in Anwendung bringen.
Dies erfordert eine Änderung der Ladeinfrastruktur.Viele der Explosionen wurden für billige Ladegeräte von Drittanbietern verantwortlich gemacht, die nicht über die Elektronik verfügen, die benötigt wird, um die Explosion zu stoppen.Für ZapGo-Batterien oder ein Superkondensator-System benötigen Sie eine Gebühr. Um das Gegenteil zu tun - holen und speichern Sie Energie aus dem Netz, und senden Sie es dann in kurzer Zeit an Ihr Telefon. Im Labor hat Wallers Team ein Laptop-Netzteil gebaut, aber Sie arbeiten hart daran, es kleiner und effizienter zu machen.
Viele Leute, darunter Sam Cooper vom Dyson Institute of Design and Engineering, bezweifelten, dass diese Unternehmen wirklich Zubehörteile implantieren wollen, die so lange in ihren Produkten halten. "Cooper sagte:" Handy-Firma Es gibt einen klaren Gewinnanreiz, die alte Anlage rechtzeitig für die nächste Freigabe zu stoppen, deshalb gibt es möglicherweise keine Konkurrenz um bessere Batterien. "Waller räumt ein, dass eines der 30 Patente von ZapGo vorliegt Die Methode kann die Batterielebensdauer künstlich reduzieren und verhindern, dass sie 30 Jahre lang weiter verwendet werden. Er sagte: "Wir werden das nicht tun, aber wenn der Kunde bereit ist, können wir sie liefern."
Im Vergleich zum Stand der Technik hat die kohlenstoffbasierte Energiespeichertechnologie einen weiteren großen Vorteil: Sie kann tatsächlich als externe Struktur von Mobiltelefonen verwendet werden.Waller hat keine Batterie entwickelt, die für das aktuelle Mobiltelefondesign geeignet ist, sondern für flexible Bildschirme und Wir bereiten uns auf die Zukunft der Faltausrüstung vor: Unter dem 5G-Netzwerk kommen alle unsere Daten aus der Cloud und die Batterielebensdauer wird wichtiger.
Waller auf dem schmalen Korridor in sein Büro ging, um die Nachmittagssonne ging, geht durch den Schatten des Diamond Light Source, das ist ein großer Rundbau ist, die sich wie ein Alien-Raumschiff in der Grafschaft Oxfordshire gelandet aussieht. Im Inneren Forscher mit dem Gaspedal Strahl zur Untersuchung der potenziellen Batteriematerialien in einem mikroskopischen Maßstab sind, zu untersuchen, warum Lithium - Schwefel-Batterien versagen und alternative Materialien zu finden, zu erhalten, haben eine Anode und eine Kathode, diese Probleme in diesen Bereich seit fast 30 Jahren geplagt.
Waller schwenkte sein Smartphone in die Luft und beklagte die Fehler in Lithium-Ionen-Batterien, die ihn und hunderte andere dazu veranlassten, sich an diesem risikoreichen Rennen zu beteiligen, um diese makellosen, aber fehlerhaften Rennen neu zu erfinden Er sagte: "Wir müssen alle Strategien entwickeln, um mit dieser Situation fertig zu werden, egal ob es sich um eine Batterie oder zwei Mobiltelefone handelt, es ist verrückt, so sollte es nicht sein."
