ศักยภาพของลิเธียมได้รับการพัฒนาให้มีขีด จำกัด หรือไม่โลกต้องการการปฏิวัติแบตเตอรี่ใหม่

ตามนิตยสาร Wired แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะเปิดตัวผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่หลากหลายตั้งแต่โทรศัพท์สมาร์ทไปจนถึงแล็ปท็อปจากรถยนต์ไฟฟ้าไปจนถึงบุหรี่อิเล็กทรอนิกส์อย่างไรก็ตามในขณะที่กำลังพัฒนาลิเธียมอยู่มากนักนักวิจัยกำลังทำงานอยู่ พยายามหาแบตเตอรี่ที่กำลังจะเกิดขึ้นหากคุณอ่านบทความนี้จากสมาร์ทโฟนของคุณหมายความว่าคุณกำลังถือระเบิดอยู่ภายใต้หน้าจอป้องกันลิเธียม (โลหะที่มีความระเหยมากและน้ำหนึ่งครั้ง) สารประกอบที่ถูกจุดประกายโดยการสัมผัสถูกทำลายและสร้างขึ้นใหม่ในปฏิกิริยาทางเคมีที่ทรงพลังซึ่งเป็นแรงผลักดันที่จำเป็นสำหรับโลกสมัยใหม่

ลิเธียมกำลังถูกใช้ในโทรศัพท์มือถือแท็บเล็ตแล็ปท็อปและนาฬิกาสมาร์ทและมีอยู่ในบุหรี่อิเล็กทรอนิกส์และรถยนต์ไฟฟ้าของเรามีน้ำหนักเบาและอ่อนนุ่มและใช้พลังงานสูงทำให้เป็นผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา แหล่งพลังงานที่สมบูรณ์แบบอย่างไรก็ตามเนื่องจากเทคโนโลยีสำหรับผู้บริโภคมีประสิทธิภาพมากขึ้นเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงเป็นเรื่องยากที่จะติดตามด้วยขณะนี้ขณะที่โลกกำลังติดลิเธียมนักวิทยาศาสตร์กำลังแข่งขันกันอยู่ แบตเตอรี่ที่ใช้พลังงานของโลก

หน้าจอสว่างมากความเร็วในการประมวลผลที่เร็วขึ้นการเชื่อมต่อข้อมูลที่รวดเร็วและการออกแบบที่บางเฉียบทำให้ทุกวันนี้สมาร์ทโฟนจำนวนมากไม่สามารถรองรับทั้งวันได้บางครั้งผู้ใช้โทรศัพท์มือถือต้องเสียค่าใช้จ่ายหลายครั้ง หลังจากสองปีของการใช้ชีวิตของแบตเตอรี่ของอุปกรณ์จำนวนมากจะสั้นลงอย่างรวดเร็วและต้องถูกโยนลงไปในขยะข้อดีอย่างมากของลิเธียมยังเป็นจุดอ่อนที่ใหญ่ที่สุดมันจะไม่เสถียรและอาจระเบิดพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแล็ปท็อป เกือบจะเหมือนกับระเบิดมือไมค์ซิมเมอร์แมนผู้ก่อตั้งและซีอีโอของไอออนิกส์กล่าวว่า "มีสมาร์ทโฟนอยู่ในกระเป๋าเช่นน้ำมันก๊าดอยู่ในกระเป๋าของคุณ"

ซิมเมอร์แมนเห็นถึงผลการเผาไหม้ที่ห้องปฏิบัติการวิจัยของ บริษัท ในเมือง Woburn มลรัฐแมสซาชูเซตส์ประเทศสหรัฐอเมริกาในการทดลองเครื่องทำเล็บผ่านแบตเตอรีและชุดแบตเตอรี่จะขยายอย่างรวดเร็ว เช่นเดียวกับข้าวโพดคั่วในเตาไมโครเวฟมันเรืองแสงการวิจัยแบตเตอรี่ที่ผ่านมา 50 ปีได้รับการไต่ระดับระหว่างประสิทธิภาพและความปลอดภัยนั่นคือการอัดรีดพลังงานให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้โดยไม่ต้องผลักดันลิเทียมไปจนถึงสุดขั้ว

เราคาดการณ์ว่าในปี 2565 ตลาดแบตเตอรี่ทั่วโลกจะมีมูลค่าถึง 25 พันล้านเหรียญสหรัฐ แต่ผู้บริโภคเชื่อว่าในการสำรวจครั้งหนึ่งหลังจากที่อีกชีวิตหนึ่งแบตเตอรี่เป็นกังวลมากที่สุดเกี่ยวกับสมาร์ทโฟน Function ด้วยความนิยมของเครือข่าย 5G ที่มีการใช้พลังงานที่สูงขึ้นในทศวรรษหน้าปัญหาจะแย่ลงและแย่ลงเท่านั้นสำหรับผู้ที่สามารถแก้ปัญหาได้จะได้รับผลตอบแทนมหาศาล

วัสดุไอออนิกเป็นเพียงหนึ่งในหลาย บริษัท ที่กำลังเริ่มดำเนินการในการแข่งขันที่เป็นมหากาพย์ซึ่งจะทำให้ปัญหาแบตเตอรี่เกิดขึ้นอีกครั้งอย่างไรก็ตามการแข่งขันได้รับผลกระทบจากการเริ่มต้นที่ไม่ถูกต้องการดำเนินคดีที่เจ็บปวดและการเริ่มต้นที่ล้มเหลว หลังจากสิบปีของการพัฒนาช้าหวังยังคงมีนักวิทยาศาสตร์จาก start-ups มหาวิทยาลัยและห้องปฏิบัติการแห่งชาติที่ได้รับการสนับสนุนอย่างดีทั่วโลกกำลังใช้เครื่องมือที่ทันสมัยในการค้นหาวัสดุใหม่ ๆ พวกเขาดูเหมือนจะเพิ่มความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่มาร์ทโฟนอย่างมาก และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่และสร้างอุปกรณ์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและปลอดภัยกว่าซึ่งจะชาร์จได้ภายในไม่กี่วินาทีและเพียงพอสำหรับการใช้งานต่อเนื่องตลอดทั้งวัน

เซลล์สร้างกระแสไฟฟ้าผ่านการย่อยสลายสารเคมี. ตั้งแต่ 1799 นักฟิสิกส์อิตาลี Alessandro Volta (Alessandro Volta) คิดค้นแบตเตอรี่ที่จะชำระข้อโต้แย้งเกี่ยวกับกบแต่ละเซลล์มีส่วนประกอบที่สำคัญเหมือนกัน : สองขั้วไฟฟ้าโลหะ - ขั้วบวกและขั้วลบประจุลบจะมีประจุบวกคั่นด้วยวัสดุอิเล็กโทรถูกที่รู้จักกันเมื่อแบตเตอรี่เชื่อมต่อกับวงจรอะตอมโลหะขั้วบวกในการทำปฏิกิริยาทางเคมีที่พวกเขาจะสูญเสียอิเล็กตรอน มันจะกลายเป็นประจุบวกประจุและติดใจกับขั้วบวกผ่านอิเลค. ในเวลาเดียวกันอิเล็กตรอน (ยังเป็นประจุลบ) จะไหลไปยังขั้วลบ แต่ก็ไม่ผ่านอิเล็ก แต่ผ่านวงจรภายนอกในการขยายพันธุ์แบตเตอรี่สำหรับ มีการเชื่อมต่อไปยังอุปกรณ์แหล่งจ่ายไฟ

อะตอมของโลหะบนขั้วบวกจะหมดลงซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่หมดพลังงาน แต่ในแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้กระบวนการนี้สามารถย้อนกลับได้โดยการชาร์จไฟบังคับให้ไอออนและอิเล็กตรอนกลับไปยังตำแหน่งเดิมพร้อมที่จะเริ่มวงจรใหม่อีกครั้ง เพลิงขั้วไฟฟ้าที่ทำจากโลหะบริสุทธิ์ไม่สามารถทนต่อความดันคงที่ของอะตอมเพื่อเข้าและออกโดยไม่มีการยุบแบตเตอรี่ที่ชาร์จจึงต้องใช้วัสดุรวมกันเพื่อให้แอโนดและแคโทดอยู่ในรูปร่างผ่านรอบการชาร์จซ้ำโครงสร้างนี้สามารถนำมาเปรียบเทียบกับอาคารอพาร์ตเมนต์ได้ มี "ห้อง" สำหรับส่วนประกอบปฏิกิริยาประสิทธิภาพของแบตเตอรี่แบบชาร์จได้ขึ้นอยู่กับขอบเขตที่รวดเร็วในการเข้าและออกจากห้องเหล่านี้โดยไม่ทำให้อาคารพังลง

ในปี 1977 หนุ่มอังกฤษนักวิทยาศาสตร์ฮุย Ting Hanmu สแตน (สแตน Whittingham) ทำงานใน Linden, นิวเจอร์ซีย์ (ลินเด็น) บริษัท เอ็กซอน (Exxon) โรงงานเขาสร้างขั้วบวกอลูมิเนียมในรูปแบบ 'บล็อกพาร์ทเมนท์ ผนังและพื้นลิเธียมเป็นวัสดุที่ใช้งานอยู่. เมื่อเขาชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนย้ายจากขั้วลบไปตะกอนขั้วบวกในซอกระหว่างอะตอมอลูมิเนียม. เมื่อออกจากโรงพยาบาลที่พวกเขาย้ายไปในทิศทางอื่น ๆ กลับผ่านอิเล็กโทรไล ช่องว่างด้านข้างของแคโทด

Whittingham ได้คิดค้นแบตเตอรี่ลิเธียมแบบชาร์จไฟได้เป็นครั้งแรกของโลกซึ่งเป็นแบตเตอรี่ขนาดเหรียญที่สามารถชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ได้ แต่เมื่อเขาพยายามเพิ่มแรงดันไฟฟ้า (ทำให้ไอออนเข้าและออก) หรือพยายามทำให้แบตเตอรี่มีขนาดใหญ่ขึ้น ในเวลานั้นพวกเขาจะยังคงเผาไหม้อยู่เรื่อย ๆ ในปี 1980 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน John Goodenough ผู้ซึ่งทำงานที่ Oxford University ประสบความสำเร็จเป็นอย่างดี Goodnow เป็นคริสเตียนครั้งหนึ่งในโลกที่สอง ในสงครามเขาทำหน้าที่เป็นนักอุตุนิยมวิทยากองทัพสหรัฐนอกจากนี้เขายังเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านโลหะออกไซด์เขาสงสัยว่ามีสารที่สามารถให้ลิเทียมแข็งแรงกว่าอลูมิเนียมโดย Whitingham

Goodnow แนะนำให้นักวิจัยสองคนทำการสำรวจตารางธาตุโดยเปรียบเทียบลิเธียมกับโลหะออกไซด์ต่างกันเพื่อดูว่าลิเทียมสามารถสกัดได้จากเหล่านี้ก่อนที่จะยุบลงในที่สุดพวกเขาระบุลิเธียม มีส่วนผสมของโคบอลต์และสีฟ้าซึ่งเป็นโลหะสีเทาสีฟ้าตลอดทั้งทวีปแอฟริกา Lithium cobalt oxide สามารถทนต่อขีด จำกัด ครึ่งลิเทียมที่ดึงออกมาได้เมื่อใช้เป็นแคโทด ขั้นตอนโคบอลต์เป็นไฟแช็กวัสดุที่ราคาไม่แพงเหมาะสำหรับอุปกรณ์ทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญ่และดีกว่าวัสดุอื่น ๆ ในตลาด

วันนี้ Goodborn's cathode ปรากฏเกือบทุกอุปกรณ์มือถือบนโลก แต่เขาไม่ได้ทำเงินจากมัน Oxford ปฏิเสธที่จะขอรับสิทธิบัตรและเขาเองก็ให้สิทธิ์นี้ แต่มันเปลี่ยนความเป็นไปได้ เกิดอะไรขึ้นในปีพ. ศ. 2534 หลังจากใช้เวลา 10 ปี Sony ได้รวมเอาขั้วบวกของโครเมี่ยมโคบอลต์ออกไซด์ของ Goodnow เข้ากับขั้วบวกคาร์บอนเพื่อปรับปรุงอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของกล้อง CCD-TR1 ใหม่นี่เป็นครั้งแรก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟได้สำหรับสินค้าอุปโภคบริโภคที่มีการเปลี่ยนแปลงโลก

ยีน Berdichevsky เป็นพนักงานลำดับที่เจ็ดของ Tesla เมื่อ บริษัท รถยนต์ไฟฟ้าก่อตั้งขึ้นในปี 2003 ความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 10 ปีและเพิ่มขึ้นเป็นประจำทุกปี ช่วงประมาณ 7% แต่เมื่อประมาณปีพ. ศ. 2548 Berdychevsky พบว่าประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเริ่มมีเสถียรภาพในช่วง 7 - 8 ปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ต้องพยายามอย่างสุดกำลังเพื่อต่อสู้ถึง 0.5% ปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่

ความคืบหน้าในเวลานั้นส่วนใหญ่เกิดจากการปรับปรุงด้านวิศวกรรมและการผลิต Berdychevsky กล่าวว่าหลังจาก 27 ปีของปฏิกิริยาเคมีที่ทันสมัยพวกเขาจะได้รับการปรับแต่งอย่างต่อเนื่องวัสดุที่บริสุทธิ์มากขึ้นผู้ผลิตแบตเตอรี่สามารถทำเป็นชั้นได้ วิธีการรับทินเนอร์คือการโหลดวัสดุที่ใช้งานมากขึ้นในพื้นที่เดียวกัน Berdychevski เรียกมันว่า 'ดูดอากาศออกจากขวด' แต่ก็ยังมีความเสี่ยงของตัวเองแบตเตอรี่โมเดิร์นประกอบด้วยแคโทดบางมาก ชั้นสลับอิเลคโตรไลท์และแอโนดจะถูกรวมเข้าด้วยตัวเก็บประจุด้วยทองแดงและอลูมิเนียมเพื่อนำอิเล็กตรอนออกจากแบตเตอรี่และไปยังตำแหน่งที่ต้องการ

ในแบตเตอรี่ไฮเอนด์จำนวนมากไดอะแฟรมพลาสติกจะถูกวางไว้ระหว่างขั้วบวกและขั้วบวกเพื่อป้องกันการสัมผัสและลัดวงจรและมีความหนาเพียง 6 ไมครอน (ประมาณ 1/10 ของความหนาของเส้นผมของมนุษย์) ซึ่งทำให้พวกเขาอ่อนแอต่อการบดบังความเสียหาย นี่คือเหตุผลที่วิดีโอความปลอดภัยของสายการบินเตือนว่าถ้าโทรศัพท์ของคุณตกอยู่ในกลไกอย่าพยายามปรับที่นั่ง

สำหรับการปรับปรุงของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทุกมีความสมดุล. ปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานลดการรักษาความปลอดภัยเบื้องต้นของการชาร์จอย่างรวดเร็วอาจลดวงจรชีวิตของแบตเตอรี่ซึ่งหมายความว่าประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลงได้เร็วขึ้น. ที่มีศักยภาพอยู่ใกล้กับของลิเธียมไอออน . ตั้งแต่ทฤษฎีขีด จำกัด กู๊ด Ivanov การพัฒนานักวิจัยที่ได้รับการพยายามที่จะหาก้าวกระโดดต่อไปข้างหน้ารวมทั้งผ่านสี่องค์ประกอบหลักของระบบตรวจสอบแบตเตอรี่ - แคโทดแอโนดอิเล็กและคั่นและเพิ่มมากขึ้นใช้ เครื่องมือที่ซับซ้อนมากขึ้น

แคลร์สีเทา (แคลร์สีเทา) เป็นนักเรียนกู๊ด Ivanov ที่ Oxford University เขาก็มักจะอยู่ในลิเธียม - แบตเตอรี่อากาศซึ่งทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้าอื่น ๆ ที่มีออกซิเจนในอากาศในทฤษฎีแบตเตอรี่เหล่านี้ให้พลังงานมาก ความหนาแน่น แต่ปล่อยให้พวกเขาได้อย่างน่าเชื่อถือคิดค่าใช้จ่ายและเวลานานกว่าหลายสิบรอบในห้องปฏิบัติการที่ได้รับเรื่องยากพอให้อยู่คนเดียวในโลกจริงสกปรกและคาดเดาไม่ได้ในอากาศ

แม้ว่าสีเทาอ้างว่าเมื่อเร็ว ๆ นี้ทำให้การพัฒนา แต่เนื่องจากปัญหาดังกล่าวข้างต้นให้ความสนใจการวิจัยชุมชนของหันไปลิเธียมที่สำคัญ - แบตเตอรี่กำมะถันซึ่งมีลิเธียมไอออนที่ถูกกว่าทางเลือกที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่นักวิทยาศาสตร์ได้รับการทำงานเพื่อป้องกันไม่ให้มันอยู่ใน dendrites (แคโทด) เกิดขึ้นบนแคโทดแอโนดและกำมะถันในละลายเนื่องจากซ้ำชาร์จและ Sony เรียกร้องให้มีการแก้ไขปัญหานี้และหวังว่า 2020 จะมีลิเธียม - แบตเตอรี่กำมะถันของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคออกสู่ตลาด .

ที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ Xuqing Liu เป็นหนึ่งในผู้ที่พยายามบีบพลังงานออกจากแอโนดคาร์บอนเขาใช้วัสดุสองมิติคล้ายกับ graphene เพื่อขยายพื้นที่ผิวและเพิ่มอะตอมลิเทียม จำนวน Liu Xuqing เปรียบเทียบกับจำนวนหน้าเว็บที่เพิ่มลงในหนังสือมหาวิทยาลัยยังลงทุนในการสร้างห้องปฏิบัติการที่แห้งซึ่งจะช่วยให้นักวิจัยสามารถแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนต่างๆเพื่อทดสอบขั้วไฟฟ้าและอิเล็กโทรไลต์ต่างๆได้อย่างปลอดภัยและง่ายดาย อยู่รวมกัน

เหลือเชื่อแม้แต่ Goodnow เองกำลังศึกษาปัญหานี้ปีที่แล้วตอนอายุ 94 เขาได้ตีพิมพ์บทความที่อธิบายถึงแบตเตอรี่ที่มีความจุสามเท่าของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีอยู่ คำถาม: นักวิจัยกล่าวว่าถ้าใครอื่นนอกจากกู๊ดวานตีพิมพ์บทความนี้ฉันอาจต้องการจะแต่งงาน

อย่างไรก็ตามแม้จะมีการพิมพ์เอกสารเป็นพัน ๆ พันล้านดอลลาร์การระดมทุนและการเริ่มก่อตั้งและรับเงินทุนนับสิบ ๆ ครั้งฟังก์ชันทางเคมีขั้นพื้นฐานของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคส่วนใหญ่ของเราก็ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงไปมากนักตั้งแต่ปี 2534 ในแง่ของต้นทุนประสิทธิภาพและความพกพาของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคไม่มีอะไรที่จะมาแทนที่การรวมกันของลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์และคาร์บอนแบตเตอรี่ของ iPhone X ใกล้เคียงกับกล้องวิดีโอตัวแรกของโซนี่

ดังนั้นในปีพศ. 2551 Berdychevsky จึงทิ้ง Tesla และเริ่มให้ความสำคัญกับการศึกษาเคมีของแบตเตอรี่ใหม่โดยเฉพาะเขาสนใจในการหาทางเลือกให้กับแกรไฟต์ anodes ซึ่งเขาเชื่อว่าเป็นอุปสรรคสำคัญในการผลิตแบตเตอรี่ที่ดีขึ้น Berdychevsky กล่าวว่าการใช้แกรไฟต์ได้รอบหกหรือเจ็ดปีและตอนนี้ใช้อยู่ในความสามารถทางอุณหพลศาสตร์ของแบตเตอรี่ในปี 2011 เขาและอดีตเพื่อนร่วมงานของอเล็กซ์แห่งเทสลา ศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย Gleb Yushin ร่วมก่อตั้ง Sila Nanotechnologies พวกเขามีรูปแบบที่เปิดในสำนักงาน Bay Area ใน Alameda พร้อมกับเกม Atari ห้องประชุมชื่อห้องปฏิบัติการอุตสาหกรรมที่เต็มไปด้วยเตาเผาและท่อก๊าซ

หลังจากการตรวจสอบการแก้ปัญหาเป็นไปได้ทั้งหมดสามกำหนดทฤษฎีซิลิกอนเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มมากที่สุด. พวกเขาก็ต้องปล่อยให้เทคโนโลยีมีบทบาทสำคัญ. หลายคนก่อนที่พวกเขาพยายาม แต่จบลงด้วยความล้มเหลว. แต่เพี้ยน Qiefu เสียนและเพื่อนร่วมงานของเขาในแง่ดีเกี่ยวกับความสำเร็จ. ซิลิคอนอะตอมของพวกเขาอาจจะติดสี่ลิเธียมไอออนซึ่งหมายความว่าเมื่อเทียบกับน้ำหนักของขั้วบวกแกรไฟต์ที่คล้ายกันขั้วบวกอาจจะเป็นเท่า 10 จัดเก็บซิลิคอนลิเธียม. นี้ ที่อาจเกิดขึ้นหมายความว่าสหรัฐสถาบันแห่งชาติของวัสดุซิลิกอนขั้วบวกเต็มไปด้วยความน่าสนใจ Amprius, Enovix และ Envia เช่นสถาบันการศึกษาร่วมทุนเพื่อสนับสนุนการเริ่มต้นสุขภาพได้เป็นอย่างดี

เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนวางลงบนขั้วบวกจะขยายออกไปเล็กน้อยแล้วสัญญาอีกครั้งในระหว่างการใช้งานในรอบของการชาร์จซ้ำ, การขยายตัวและการหดตัวของเช่นการทำลายชั้นอินเตอร์เฟซอิเล็กโทรไลของแข็งซึ่งเป็นที่มีการป้องกัน สารจะเกิดขึ้นบนความเสียหายของพื้นผิวขั้วบวกสามารถก่อให้เกิดผลข้างเคียงที่มอบโล่ประกาศเกียรติคุณดังกล่าวใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ลิเธียมบาง Bodiqiefu เกาส์กล่าวว่า .. 'มันติดกับดักขยะที่ไร้ประโยชน์'

เมื่อเวลาผ่านไปนี่เป็นเหตุผลหลักที่ทำให้สมาร์ทโฟนเริ่มสูญเสียพลังงานได้อย่างรวดเร็วแวดวง anodes ขยายและหดตัวได้ประมาณ 7% ดังนั้นจึงสามารถดำเนินการเกี่ยวกับค่าใช้จ่ายและรอบการปลดปล่อยได้ถึง 1000 ครั้งก่อนที่ประสิทธิภาพจะลดลงอย่างรวดเร็วนี่เท่ากับหนึ่ง มาร์ทโฟนเป็นเวลาสองปีและมีค่าบริการทุกวัน แต่เนื่องจากอนุภาคซิลิกอนสามารถดูดซับลิเธียมได้มากพวกเขาจึงขยายตัวได้มากขึ้นเมื่อชาร์จไฟ (ไม่เกิน 400%) ส่วนใหญ่ซิลิคอนแอโนดจะเกิดขึ้นหลังจากหลายรอบชาร์จ Break ในช่วงกว่า 5 ปีในห้องทดลอง Sila Nanotechnologies ได้สร้าง nanocomposite เพื่อแก้ปัญหาการขยายตัว

Bodiqiefu Sharansky อธิบายว่าถ้าขั้วบวกแกรไฟต์เป็น 'คอนโด' แล้วทั้งหมด '' ห้องพักมีขนาดเดียวกันและแน่นกัน. หลังจากที่ 30,000 ซ้ำ (เสาหลักที่แตกต่างกันและการรวมกันห้องพัก ) พวกเขาฟอร์มขั้วบวกซึ่งแต่ละชั้นมีพื้นที่มากพอสำหรับการขยายตัวของอะตอมซิลิกอนในการได้รับลิเธียมเขากล่าวว่า. เราใส่พื้นที่พิเศษติดอยู่ภายในอาคาร 'นี้จะช่วยแก้ปัญหาของการขยายตัวในขณะที่รักษาขั้วบวก ขนาดและรูปร่างภายนอกมีเสถียรภาพ

Berdychevsky กล่าวว่าวัสดุ Sila Nanotechnologies รุ่นแรกจะมอบให้แก่ผู้ผลิตในปีหน้าจะช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานได้ถึง 20% และเพิ่มขึ้น 40% ในขณะที่ยังเพิ่มความปลอดภัยอีกด้วยเขากล่าวว่า Silicon สามารถทำ คุณสามารถใช้พื้นที่ได้ถึง 1% หรือ 2% ของพื้นที่เพื่อปรับปรุงความปลอดภัยของคุณจริงๆ "สิ่งสำคัญที่สุดก็คือสามารถเปลี่ยนเป็นแบบเดิมได้โดยตรงจากผู้ผลิตแบตเตอรี่ชาวเอเชีย Berdychevsky เชื่อว่าผลิตภัณฑ์ใด ๆ ที่เข้ากันไม่ได้กับกระบวนการผลิตปัจจุบันอาจได้รับการยกเว้นเขากล่าวว่า "ถ้าไม่มีเทคโนโลยีที่สามารถทดแทนไอออนลิเธียมได้ในขณะนี้ เมื่อมันมาถึงตลาดจะนำกลุ่มผู้ใช้นับไม่ถ้วน

เมื่อแบตเตอรี่ประจุและออกลิเธียมไอออนระหว่างการเต้นสองขั้วไฟฟ้าและบางครั้งพวกเขาจะยากที่จะกลับไปในทางตรงกันข้ามโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อชาร์จแบตเตอรี่เป็นไปอย่างรวดเร็วเกินไปพวกเขาจะรวบรวมนอกไฟฟ้าสาขาค่อยๆ dendritic, เช่นด้านบนของถ้ำหินย้อย. ในที่สุดเหล่านี้มีลักษณะเหมือนแก้วหน้าต่างฝ้า dendritic อาจขยายทั้งหมดทางผ่านอิเล็กโทรไล, แทรกซึมกะบังและการลัดวงจรข้ามขั้วไฟฟ้าโดยการสัมผัส

เป็นระยะทางระหว่างชั้นคือการใกล้ชิดความเสี่ยงนี้จะเพิ่มโอกาสของความผิดพลาดจะเพิ่มขึ้น. ขณะที่ในปีที่ผ่านมาพบว่าซัมซุงข้อผิดพลาดอาจทำให้เกิดความเสียหายค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง. การผลิตขนาดเล็ก ข้อบกพร่องที่ได้นำไปสู่การลัดวงจรภายใน Galaxy Note แบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือ 7. ในอุปกรณ์บางขั้วบวกและขั้วลบติดต่อสุดท้ายกับแต่ละอื่น ๆ จากการเรียกคืนภัยพิบัตินี้ทำให้เกิดการสูญเสียประมาณ 3.4 พันล้านยูโรซัมซุง. อิออนวัสดุ บริษัท Zimmerman อธิบาย : 'เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้แบตเตอรี่จะกลายเป็นร้อนมากอิเล็กโทรไลของเหลวหนีความร้อนสามารถเกิดขึ้นได้นำไปสู่การระเบิดและไฟไหม้.

เนื่องจากสถานการณ์นี้เป็นสิ่งที่อันตรายมากในความเป็นจริงไม่มีลิเธียมมากในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพียงประมาณสองเปอร์เซ็นต์ แต่ถ้ามีวิธีการอย่างปลอดภัยปล่อยลิเธียมโลหะบริสุทธิ์จากกรงโคบอลต์โลหะออกไซด์ก็เป็นเหมือน Whitingham พยายามที่จะเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานสิบเท่าในปี 1970 นี่เรียกว่า 'Holy Grail' ของการวิจัยแบตเตอรี่และ Zimmerman อาจค้นพบมัน

เขาเชื่อว่าอิเล็กโทรไลต์เป็นอุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดในการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่คนค่อยๆหยุดใช้สารที่แช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์เหลว แต่แทนที่จะใช้เจลและโพลิเมอร์ แต่ก็ยังคงเป็นสารไวไฟโดยทั่วไปและป้องกันไม่ให้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ขั้นตอนการหลบหนีความร้อนไม่ได้ช่วย Zimmerman เองยอมรับว่าเขาไม่ใช่ 'การควบคุมแบตเตอรี่' เขาเชี่ยวชาญด้านวิทยาศาสตร์วัสดุโดยเฉพาะโพลิเมอร์และเขาสอนที่ Bell Labs และ Tufts University หลายปีต่อมาฉันเริ่มต้นธุรกิจ

ช่วงต้นยุค 2000, Zimmerman กลายเป็นที่สนใจในแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟในเวลานั้นบางคนกำลังพยายามที่จะเปลี่ยนจากของเหลวเป็นของแข็งอิเล็กจัดเก็บข้อมูลอิเล็กโทรไลนักวิทยาศาสตร์อาวุโสโดนัลด์ไฮเกท (โดนัลด์ไฮเกท) อธิบายว่า: 'ในหลักการเพราะ แบตเตอรี่อิเล็กโทรไลของแข็งมีความปลอดภัยมากขึ้นคุณสามารถทำให้มันทำงานหนัก. โปรแกรมเดียวกันคุณสามารถใช้แบตเตอรี่ขนาดเล็ก. ' แต่พวกเขาส่วนใหญ่จะเป็นเซรามิกหรือแก้วจึงเป็นสิ่งที่เปราะยากที่จะผลิตมวล.

พลาสติกมีการใช้ในคั่นแบตเตอรี่นั่นคือในส่วนตรงกลางของอิเล็กเพื่อป้องกันการสัมผัสกับขั้วไฟฟ้า. Zimmerman ว่าถ้าเขาสามารถหาวัสดุที่เหมาะสมเขาสามารถทิ้งอิเล็กโทรไลของเหลวและคั่นจะถูกแทนที่ด้วย ชั้นพลาสติกแข็งซึ่งชั้นพลาสติกทนไฟและยังสามารถป้องกันการเจริญเติบโตของ dendrites ระหว่างสอง. อิออนโดยวัสดุ Zimmerman กับกลไกใหม่ในการสร้างพอลิเมอเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าซึ่งเลียนแบบ ทางอิเล็กทรอนิกส์ผ่านโลหะ. นี้เป็นครั้งแรกลิเธียมไอออนโพลิเมอร์นำไฟฟ้าที่มั่นคงสามารถที่อุณหภูมิห้อง. วัสดุที่มีความยืดหยุ่น, ค่าใช้จ่ายต่ำและสามารถทนต่อการทดสอบต่างๆ

หนึ่งในการทดสอบวัตถุดิบเพื่อ ballistics ห้องปฏิบัติการของพวกเขามีโดยปกติจะใช้ในการทดสอบเสื้อเกราะกันกระสุนและกระสุน 9 มมจะยิงมัน. ทั้งสองสายของแบตเตอรี่ (ถุงเงินแบน) แท็บเล็ตซัมซุง, อำนาจหลังจะถูกลบออกอย่างระมัดระวัง. หลังจากตีกระสุนแบตเตอรี่ระเบิดเหมือนภูเขาไฟในการเคลื่อนไหวช้าคุณสามารถดูพลาสติกและโลหะพุ่งออกมาจากปากปล่องภูเขาไฟเช่นลาวา แต่แบตเตอรี่ภายในไม่แตกออก ไม่มีระเบิดหรือยิงปะทะกันแต่ละเครื่องจะยังคงอยู่บน Zimmerman กล่าวว่า 'เรามีความเชื่อเสมอว่าพอลิเมอจะทำให้มันปลอดภัยมากขึ้นเราไม่เคยคาดหวังว่าแบตเตอรี่สามารถทำงานต่อไป'

ตาม Zimmerman กล่าวว่าลิเมอร์นี้จะส่งเสริมการพัฒนาของโลหะลิเธียมและเร่งการแนะนำของเคมีแบตเตอรี่ใหม่เช่นแบตเตอรี่ลิเธียม - ซัลเฟอร์หรือลิเธียม - อากาศ แต่อนาคตระยะยาวอาจไม่เพียง แต่ลิเธียมนักวิจัยมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ Liuxu ชิง เขากล่าวว่าการปรับปรุงนี้ไม่สามารถแข่งขันได้ก้าวของการปรับปรุงในประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่เราต้องปฏิวัติ.

ใน Harvard Science and Innovation Park ใน Oxfordshire ที่ John Goodenough ได้ลงนามในข้อตกลงในการละทิ้งสิทธิบัตรสำหรับการพัฒนาลิเธียมไอออน Stephen Voller เส้นใยคาร์บอนที่มีขนาดและรูปร่างคล้ายถ้วยเครื่องดื่ม Waller เป็นแฟนคลับที่แมนเชสเตอร์ซิตี้อายุเกือบ 50 ปีก่อนที่จะเข้าร่วมงานเบราว์เซอร์เน็ทเวิร์คแบรนด์แรกของ Netscape เขาทำงานเป็นวิศวกรซอฟต์แวร์ของไอบีเอ็ม หลังจากที่ บริษัท ได้ซื้อกิจการโดย AOL วอลเลอร์รู้สึกผิดหวังมากขึ้นกับข้อ จำกัด ของอายุการใช้งานแบตเตอรี่แล็ปท็อปดังนั้นจึงตัดสินใจที่จะใช้มาตรการบางอย่าง

ความคิดแรกของวอลเลอร์คือการใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเพื่อยืดเวลาการล่องเรือ แต่ความผันผวนของเครื่องบินเป็นสิ่งท้าทายที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาไม่สามารถเอาชนะได้เขากล่าวว่า 'มันค่อนข้างยากที่จะได้รับไฮโดรเจนผ่านการรักษาความปลอดภัยที่สนามบิน' จากประสบการณ์ของมหาวิทยาลัย Oxford University Waller เคยได้ยินเกี่ยวกับงานวิจัยที่น่าตื่นเต้นบางอย่างรวมทั้งวัสดุชาร์จที่รวดเร็วมากซึ่งทำงานได้มากกว่า supercapacitors เมื่อแบตเตอรี่เก็บพลังงานได้ทางเคมี supercapacitors สามารถวางไว้ในสนามไฟฟ้าได้ เช่นเดียวกับคอลเล็กชันแบบคงที่บนบอลลูน

ปัญหา supercapacitor คือการที่พวกเขาไม่ชอบแบตเตอรี่เพื่อเก็บพลังงานมากและไฟฟ้าเร็ว ๆ นี้จะรั่วไหลออก. หากคุณไม่ได้มักจะใช้จำหน่ายแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ยั่งยืนสองสัปดาห์และ Ultracapacitors เท่านั้นที่สามารถเก็บรักษาไว้เป็นเวลาหลายชั่วโมง คนในวงการหลายคนเชื่อว่าการรวมกันของตัวเก็บประจุสุดและแบตเตอรี่ด้วยกันมันอาจจะเป็นประโยชน์สำหรับกำลังหิวมาร์ทโฟนและผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีเพื่อผู้บริโภคอื่น ๆ. ไฮเกทกล่าวว่าตัวเก็บประจุซุปเปอร์สามารถนำมาใช้เพื่อให้ผสมไฟฟ้าสามารถจะเต็มไปภายในหนึ่งหรือสองนาที โทรศัพท์มือถือ แต่ยังเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำรองเขากล่าวว่า "ถ้าคุณสามารถเรียกเก็บเงินได้อย่างรวดเร็วคุณสามารถใส่ไว้ในขดลวดเหนี่ยวนำเมื่อคุณชาร์จกวนกาแฟ '

เขายืนยันว่าเขาจะทำได้ดีกว่า. ในปี 2013 เขาก่อตั้ง ZapGo บริษัท มีการพัฒนาแบตเตอรี่คาร์บอนที่ใช้ความเร็วและการชาร์จประจุซุปเปอร์เร็ว แต่เวลาในการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่คล้ายกัน. ในการพฤศจิกายน 2017 พนักงานของ บริษัท มีพนักงานเพิ่มขึ้น 22 คนทำงานที่ Appleton Labs ใน Rutherford และ Charlotte ใน North Carolina แบตเตอรี่สำหรับผู้บริโภครายแรกจะใช้ปลายปี แนะนำผลิตภัณฑ์ของบุคคลที่สามซึ่ง ได้แก่ ตัวเริ่มทำงานสำหรับรถยนต์และสกูตเตอร์ไฟฟ้าที่มีการชาร์จไฟลดลงจาก 8 ชั่วโมงเป็น 5 นาที

เฉไฉชิ้นส่วนมือคาร์บอนไฟเบอร์เป็นแบตเตอรี่อิเล็กโทรไลของแข็งถูกนำมาใช้ไม่ได้ลุกไหม้. สองขั้วเป็นชั้นบาง ๆ ของอลูมิเนียมที่ปกคลุมไปด้วยโครงสร้างนาโนคาร์บอนดังกล่าวข้างต้นเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิว. เฉไฉ กล่าวว่าที่คุณต้องการให้มีลักษณะเช่นเทือกเขาหิมาลัย. แม้ว่าภายใต้กล้องจุลทรรศน์ก็เป็นเหมือนเส้นขอบฟ้าเมืองร่างเทคโนโลยี ZapGo กุญแจสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพและลดปริมาณของการรั่วไหลส่วนใหญ่โดยมั่นใจอย่างราบรื่นและอิเล็กโทร ดังกล่าวข้างต้นคาร์บอนเส้นขอบฟ้าตรงเช่นเดียวกับ Velcro

ประโยชน์ที่ใหญ่ที่สุดของคาร์บอนตามยืนยาวแบตเตอรี่เป็นเพราะการจัดเก็บแบตเตอรี่ ZapGo เป็นเหมือนบอลลูนมากกว่าแบตเตอรี่ธรรมดา. ในฐานะที่เป็นวอลเลอร์กล่าวว่า 'ไม่มีเคมี' เขาอ้างว่าแบตเตอรี่ใหม่สามารถมีอายุการใช้ 100,000 รอบจำหน่ายซึ่งเป็นลิเธียม 100 ครั้งไอออนแม้แบตเตอรี่ชาร์จโทรศัพท์ทุกวันนอกจากนี้ยังสามารถนำมาใช้เป็นเวลา 30 ปี. รุ่นที่สาม ZapGo แบตเตอรี่ในปัจจุบันยังไม่ได้รับที่แข็งแกร่งพอที่จะใช้จุดของโทรศัพท์สมาร์ท แต่เนื่องจากวัสดุที่ใช้ไม่ได้ให้เพิ่มขึ้นแรงดันอุปสรรคเฉไฉ แบตเตอรี่นี้คาดว่าจะเป็น 2022, ที่อยู่, 'iPhone รอบ 15' ใส่ลงในใบสมัคร

ต้องมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างการคิดค่าบริการการระเบิดจำนวนมากถูกกล่าวหาว่าเป็นอุปกรณ์ชาร์จของบุคคลที่สามซึ่งไม่ได้มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่จำเป็นสำหรับการหยุดการระเบิดสำหรับแบตเตอรี่ ZapGo หรือระบบที่ใช้ supercapacitor คุณต้องเสียค่าใช้จ่าย ในการทำสิ่งที่ตรงกันข้ามให้เลือกและเก็บพลังงานจากตารางจากนั้นส่งไปยังโทรศัพท์ของคุณในระยะเวลาสั้น ๆ ในห้องทดลองทีมของวอลเลอร์ได้สร้างแหล่งจ่ายไฟขนาดแล็ปท็อป แต่ พวกเขากำลังทำงานอย่างหนักเพื่อให้มีขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

หลายคนรวมทั้ง Sam Cooper จาก Dyson Institute of Design and Engineering ตั้งคำถามว่า บริษัท เหล่านี้ต้องการใส่อุปกรณ์เสริมที่มีอายุการใช้งานนานแค่ไหนในผลิตภัณฑ์ Cooper กล่าวว่า "บริษัท โทรศัพท์มือถือ มีแรงจูงใจในการทำกำไรที่ชัดเจนคือการหยุดอุปกรณ์เก่าในช่วงเวลาสำหรับการเปิดตัวครั้งถัดไปด้วยเหตุนี้การแข่งขันเพื่อพัฒนาแบตเตอรี่ที่ดีกว่าอาจไม่มีเลย 'วอลเลอร์ยอมรับว่าหนึ่งใน 30 สิทธิบัตรของ ZapGo ถือ วิธีนี้สามารถลดอายุการใช้งานแบตเตอรี่และป้องกันไม่ให้พวกเขาใช้งานได้นาน 30 ปีเขากล่าวว่า "เราจะไม่ทำเช่นนี้ แต่ถ้าลูกค้าพอใจเราก็มีความสามารถในการให้บริการแก่พวกเขา"

เมื่อเทียบกับก่อนศิลปะเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานคาร์บอนมีอีกหนึ่งประโยชน์ที่สำคัญ. มันอาจจะในความเป็นจริงนำมาใช้เป็นโครงสร้างภายนอกของโทรศัพท์มือถือ. Wallerian ไม่มีการออกแบบในปัจจุบันการออกแบบโทรศัพท์มือถือที่เหมาะสม แต่เป็นหน้าจอที่มีความยืดหยุ่นและ อุปกรณ์พับเพื่อเตรียมความพร้อมสำหรับอนาคต. ในเครือข่าย 5G ข้อมูลทั้งหมดของเรามาจากเมฆแบตเตอรี่แม้จะกลายเป็นความสำคัญมากขึ้น

เดินไปตามทางเดินแคบ ๆ ในออฟฟิศของเขาเดินเข้าไปในดวงอาทิตย์ยามบ่ายผ่านเงาของแหล่งกำเนิดแสงเพชรอาคารรูปวงแหวนขนาดใหญ่ที่ดูเหมือนกับยานอวกาศคนต่างด้าวที่ลงจอดในชนบทของ Oxfordshire นักวิจัยกำลังใช้คานเร่งเพื่อศึกษาวัสดุแบตเตอรี่ที่มีศักยภาพในระดับจุลภาคเพื่อสำรวจว่าทำไมแบตเตอรี่ลิเธียมและกำมะถันล้มเหลวและหาวัสดุทดแทนเพื่อให้ได้อะโธดและคาโทดซึ่งเป็นเหตุให้เกิดสนามนี้มาเกือบ 30 ปี

วอลเลอร์โบกมือสมาร์ทโฟนของเขาไปในอากาศซึ่งเป็นข้อเสียของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ทำให้เขาและคนอื่น ๆ อีกหลายร้อยคนเข้าร่วมการแข่งขันที่มีความเสี่ยงสูงนี้เพื่อสร้างสรรค์นวัตกรรมใหม่ ๆ ให้สมบูรณ์แบบ แต่ไม่มีข้อบกพร่อง แบตเตอรี่เขากล่าวว่า "เราทุกคนต้องพัฒนากลยุทธ์เพื่อจัดการกับสถานการณ์นี้ไม่ว่าจะเป็นแบตเตอรี่คลิปหลังหรือโทรศัพท์มือถือสองเครื่องมันบ้าสิ่งที่ไม่ควรเป็นแบบนั้น"