DUNYA'DAN HABERLER

Akıllı telefon pilini tamamen yeniden icat etmek için patlayıcı yarışı

Lityum iyon piller, akıllı telefonlardan ve dizüstü bilgisayarlardan elektrikli arabalara ve e-sigaralara kadar her şeye güç sağlar. Ancak, lityum kırılma noktasına yakın, araştırmacılar bir sonraki pil atılımı için çabalıyorlar

Bunuakıllı telefonunuzda okuyorsunuz, bomba yapıyorsunuz. Koruyucu bir ekranın altında, lityum – su ile temas ettiğinde tutuşabilecek kadar uçucu bir metal – ayrılmakta ve modern dünyanın çoğuna güç veren yoğun kimyasal reaksiyonda yeniden bir araya getirilmektedir.

Lityum telefonlar ve tabletlerimizde, dizüstü bilgisayarlarımızda ve akıllı saatlerde. E-sigaralarımızda ve elektrikli arabalarımızda. Taşınabilir elektronikler için mükemmel olan hafif, yumuşak ve enerji yoğun. Ancak, tüketici teknolojisi daha güçlü büyüdüğü için, lityum-iyon piller yetişmeye çalışıyorlar. Ve şimdi, dünya lityuma olan bağımlılığı tarafından kavranıldığı gibi, dünyadaki araştırmacılar dünyamızı güçlendiren bataryaları yeniden yaratmak için çabalıyorlar.

Büyük parlak ekranlar, daha hızlı işlem, hızlı veri bağlantıları ve incelik için bir moda, bazı akıllı telefonların şarj edilmeden bir gün boyunca çaba göstermesi anlamına geliyor. Çoğu kez bir kereden fazla. İki yıl sonra, bazı cihazların pil ömrü bir uçurumdan düşüyor ve kargaşaya gönderiliyor.


Simli lityumun büyük gücü aynı zamanda en büyük zayıflığıdır. Kararsız. Patlar. Lityum-iyon bir dizüstü bilgisayar pili el bombası kadar enerji tutar. “Cebinizde bir akıllı telefonun olması cebinizde gazyağı olmasını sağlamaktır” diyor Ionic Materials’ın kurucusu ve CEO’su Mike Zimmerman.

Zimmerman, şirketin Woburn, Massachusetts’teki araştırma laboratuvarında ilk elden etkilerini gördü. Bir deneyde, bir makine, parlak bir flaşla tutuşmadan önce bir torba mikrodalga patlamış mısır gibi hızlı bir şekilde balon açan bir pil paketi içinden bir çivi sürüyor. Son yirmi yıllık pil araştırmaları, performans ve güvenlik arasında sıkı bir yürüyüş oldu – mümkün olduğu kadar fazla lityum sıkma çabasıyla kenara itmeden.

Yani şimdi yapmak için yaparız. Güç bankaları için küresel pazar – insanların ekstra meyve suyu için gittikleri hacimli tuğlalar ve vakalar – 2022’ye kadar 25 milyar dolara ulaşacağı tahmin ediliyor. Ancak, pil ömrü, anketle ankette bir akıllı telefonun en önemli özelliği olarak tüketiciler tarafından adlandırılıyor. Aç-aç 5G gelecek on yıl içinde ortaya çıktığında, problem sadece daha da kötüleşecektir. Bunu çözebilecek olanlar için büyük ödüller var.

İyonik Malzemeler, bataryayı radikal bir şekilde yeniden düşünmek için destansı yarışta çalışan düzinelerce şirketten sadece bir tanesidir. Yanlış başlangıçlar, acı davalar ve başarısız girişimlerle boğuldu. Fakat on yıl süren yavaş ilerlemeden sonra umut var. Dünyanın her yerindeki girişimciler, üniversiteler ve büyük çapta finanse edilen ulusal laboratuvarlar, yeni materyalleri avlamak için gelişmiş araçlar kullanıyor. Akıllı telefon bataryalarının enerji yoğunluğu ve uzun ömürlülüğünü büyük ölçüde geliştirmenin eşiğinde ve saniyeler içinde şarj edilecek ve tüm gün sürecek daha yeşil, daha güvenli cihazlar yaratıyorlar. Patlayıcı bir yolculuk oldu.

Piller, kimyasalları ayırarak elektrik üretir. 1799 yılından beri inşa edilen her pil, İtalyan fizikçi Alessandro Volta tarafından kurbağalarla ilgili bir tartışmayı çözmek için icat edildiğinde, aynı anahtar bileşenlere sahipti: iki metal elektrot – negatif yüklü anot ve pozitif yüklü katot, elektrolit denilen bir madde ile ayrıldı .

Bir akü bir devreye bağlandığında, anottaki metal atomları bir kimyasal reaksiyona girer. Elektron kaybederler, negatif yüklü iyonlar haline gelirler ve elektrolitten pozitif katoda doğru çekilirler. Aynı zamanda, elektron – ayrıca negatif yüklü – katoda da akar. Ancak elektrolitin içinden geçmek yerine, bağlı olduğu herhangi bir cihaza güç vererek devre dışından pilin etrafından dolaşır.

Anottaki metal, vazgeçmek için sonunda atomlardan tükenir ve akü sudan çıkar. Ancak şarj edilebilir bir hücrede, işlem, iyonları ve elektronları tekrar kullanılmaya hazır olan anotta geri iten bir elektrik akımı uygulayarak tersine çevrilebilir.

Saf metalden yapılmış elektrotlar, çökme olmaksızın içeri ve dışarı doğru sabit itme ve çekmeye karşı koyamaz, bu nedenle tekrar doldurulabilir hücreler, anot ve katodun tekrarlanan şarj döngüleri boyunca şekillerini tutmasına izin veren materyal kombinasyonlarını kullanmak zorundadır. Bunlar, reaktif elemanlar için ‘odalar’ olan apartmanlar ile gevşek bir şekilde karşılaştırılabilir. Şarj edilebilir bir pilin performansı büyük ölçüde, binaların çökmesine neden olmadan, bu odaların içindeki ve dışındaki iyonları ne kadar hızlı ve tam olarak hareket ettirebildiğinize göre ayarlanır.

1977’de New Jersey’deki Linden’deki Exxon tesisinde çalışan genç bir İngiliz bilim adamı olan Stan Whittingham, apartman bloğunun duvarlarını ve katlarını oluşturmak için alüminyum ve aktif malzeme olarak lityum kullanan bir anot inşa etti. Pilini şarj ettiğinde, lityum iyonları katottan anoduna doğru hareket ederek, alüminyum atomları arasındaki boş alanlara yerleşti. Taburcu olduklarında, elektrolitten geçerek katot tarafındaki boşluklara geri döndüler.

Dünyanın ilk şarj edilebilir lityum pilini oluşturdu – bir güneş saatine güç vermek için yeterince iyi çalışan bir madeni para büyüklüğünde hücre. Fakat gerilimi arttırmaya çalışırken – daha fazla iyonları içeri ve dışarı hareket ettirmek için – veya daha büyük hücreler yapmaya teşebbüs ettiğinde tutuşmaya devam ettiler. Sonunda, yerel itfaiye ziyaretleri için ücret almaya başlamayı tehdit etti.

Sonra, 1980 yılında Oxford Üniversitesi’nde çalışan Amerikalı bir fizikçi olan John Goodenough bir atılım yaptı. İkinci Dünya Savaşı’nda bir ABD Ordusu meteoroloğu olarak görev yapmış olan evanjelik bir Hıristiyan olan Goodenough, metal oksitlerin uzmanıydı ve Whittingham’ın kullandığı alüminyum bileşenden daha lityum için daha sağlam bir kafes sağlayabileceğinden şüpheleniyordu.




İki doktora sonrası araştırmacıya periyodik tablodan sistematik bir şekilde çalışmasını, lityumun farklı metal oksitlerle eşleşmesini test etmelerini ve yıkılmadan önce ne kadar lityumun çekilebileceğini öğrenmeleri için talimat verdi. Sonunda, orta Afrika’da bulunan mavimsi gri bir metal olan lityum ve kobalt kombinasyonuna yerleştiler.

Lityum-kobalt-oksit, lityumunun yarısı kadar dışarı çekilebilir. Bir katot olarak kullanıldığında, hem küçük hem de büyük cihazlar için uygun hafif ve pahalı olmayan bir materyal olan ve piyasadaki her şeyden çok daha üstün olan ileriye doğru büyük bir adımı temsil etti.

Bugün, Goodenough’un katodu gezegendeki neredeyse her el cihazında, ama ondan bir kuruş yapmamıştı. Oxford Üniversitesi bunu patent etmeyi reddetti ve hakları imzaladı. Ama mümkün olanı değiştirdi.

1991 yılında, on yıllarca süren tinkering’in ardından, yeni CCD-TR1 video kameranın pil ömrünü iyileştirmek için Goodenough’un lityum-kobalt-oksit katotunu bir karbon anot ile birleştirdi. Tüketici üründeki ilk şarj edilebilir lityum iyon pildi ve dünyayı değiştirdi.

Gene Berdichevsky Tesla’daki yedi numaralı çalışanıydı. Elektrikli otomobil şirketi 2003 yılında kurulduğunda, pillerin enerji yoğunluğunda on yıldan fazla bir iyileşme olmuştur – yılda yaklaşık yüzde yedi. Ancak 2000’lerin ortasına kadar, yayla başlayarak performans farketti. Son yedi ya da sekiz yıl boyunca, bilim adamları, yüzde yarım bile olsa, “diş ve çivi” ile savaşmak zorunda kaldılar.

O zamandaki ilerlemeler büyük ölçüde mühendislik ve imalat geliştirmelerinden kaynaklanıyor. Berdichevsky, “Bugünün kimya şirketlerinin kullanıldığı 27 yılı aşkın süredir, gerçekten rafine edilmiş durumdalar” diyor. Materyaller daha saftır ve pil üreticileri, her bir katmanı daha ince hale getirerek aynı alana daha fazla aktif malzeme toplayabilmiştir. Berdichevski buna “kutudan hava almak” diyor.

Ama bu kendi riskleri ile geliyor. Modern piller, elektronları hücre dışına taşımak için ihtiyaç duydukları yere götürmek için bakır ve alüminyum yük toplayıcıları ile sıkı bir şekilde birbirine bağlanmış ultra ince alternatif katmanlar olan katot, elektrolit ve anot malzemelerinden oluşur.

Bazı yüksek kaliteli bataryalarda, katot ve anot arasına oturan ve dokunma ve kısa devre yapmalarını engelleyen plastik ayırıcı, altı mikron kadar ince olabilir – insan saçı kalınlığının onda biri kadar – onları çok duyarlı ezilme hasarı. 
Telefonunuz mekanizmaya düştüğünde, havayolu güvenliği videolarının artık koltuğunuzu ayarlamamasını söyleyeceğinin nedeni budur.

Lityum iyonuna yapılan her gelişmede, bir takas var. Enerji yoğunluğunun iyileştirilmesi güvenliği tehlikeye atabilir. Hızlı şarj etme, çevrim ömrünü azaltabilir, bu da pilin daha hızlı düşmesine neden olabilir. Lityum-iyon teorik sınırlarına yaklaşıyor.

Goodenough’un atılımından bu yana, araştırmacılar, daha gelişmiş araçlarla, katot, anot, elektrolit ve separatör gibi dört ana bileşeni sistematik olarak sorgulayarak, bir sonraki adımı bulmaya çalışıyorlar.

Oxford’daki Goodenough’un öğrencisi olan Clare Gray, havadaki oksijenin diğer elektrot olarak hareket ettiği lityum-hava üzerinde çalışan birçok kişiden biri olmuştur. Teorik olarak, bu hücreler enerji yoğunluğunda büyük bir artış sağlar, ancak güvenilir bir şekilde yeniden şarj edilmelerini ve birkaç düzineden daha uzun süre sürmesini sağlamak, gerçek dünyanın kirli ve öngörülemeyen havasında bile, laboratuarda yeterince zor olmuştur.

Her ne kadar Gray son zamanlarda (ve çok tartışmalı) bir çığır açsa da, bu sorunlardan dolayı, araştırma topluluğunun ilgisi büyük ölçüde lityum-sülfüre dönüştü. Lityum-iyon için daha ucuz ve daha güçlü bir alternatif sunar, ancak bilim adamları katotta oluşan dendritleri durdurmaya ve anotta sülfürün tekrarlanan şarj ile çözünmesini engellemeye çalıştılar. Sony sorunu çözdüğünü iddia ediyor ve 2020 yılına kadar lityum-sülfürlü aküleri olan tüketici cihazlarını göndermeyi umuyor.

Manchester Üniversitesi’nde, malzeme bilimcisi Xuqing Liu, yüzey alanını büyüten grafen’e benzeyen 2B malzemeyi birleştirerek karbon anodundan daha fazla yaşamı sıkıştırmaya çalışan ve bu nedenle tutabileceği lityum atomlarının sayısını artıranlar arasında yer alıyor. Bir kitaptaki sayfa sayısını arttırmaya benziyor. Üniversite ayrıca, elektrot ve elektrolitlerin farklı kombinasyonlarını test etmek için farklı bileşenleri güvenli ve kolay bir şekilde değiştirmesini sağlayacak kuru bir odaya yatırım yapıyor.

nanılmaz bir şekilde, Goodenough’un kendisi bile hala problem üzerinde çalışıyor. Geçen yıl, 94 yaşında, mevcut lityum-iyon hücrelerinin kapasitesinin üç katı olan bir bataryayı açıklayan bir gazete yayınladı. Yaygın olarak reddedildi. Bir araştırmacı, “Goodenough’dan başka biri bunu yayınladıysa, kibar bir kelime bulmak zor olurdu,” diyor.

Ama binlerce yayınlanmış makaleye rağmen, milyarlarca dolar harcanmış ve onlarca girişimci oluşturulup finanse edilmiş olmasına rağmen, tüketici elektroniğimizin çoğuna güç veren temel kimya, 1991’den beri neredeyse hiç değişmedi. Hiçbir şey, lityum-kobalt-oksit ve karbon kombinasyonunu değiştiremedi. şimdi tüketici elektroniği için maliyet, performans ve taşınabilirlik üzerine grafit olarak kullanılmıştır. İPhone X, ilk Sony video kamera olan pilinde neredeyse tamamen aynı malzemeye sahip.

Ve sonra, Tesla Roadster için güç hücrelerini çizim tahtasından üretim hattına geçiren Berdichevsky, 2008 yılında yeni pil kimyalarını araştırmak için şirketten ayrıldı. Özellikle, daha iyi aküler için en büyük engel olarak gördüğü grafit anoduna alternatif bulmaya ilgi duyuyordu. “Grafit altı ya da yedi yıl için sınırlarda bulunuyor” diyor. “Bugün pillerde termodinamik kapasitesinde kullanılıyor.”

2011’de Sila Nanoteknolojileri eski bir Tesla meslektaşı olan Alex Jacobs ve Georgia Institute of Technology’de malzeme profesörü olan Gleb Yushin ile birlikte kurdu. Alameda’daki Bay Area ofisi açık planlı bir tasarıma, Atari oyunlarından sonra adlandırılan konferans salonlarına ve fırın ve gaz hatları ile dolu bir endüstriyel laboratuvara sahiptir.

Soruna tüm potansiyel çözümleri araştırdıktan sonra, üçlü teorik bir bakış açısından en umut verici malzeme olarak silikon üzerine yerleşti. Teknolojiyi sadece çalışması gerekiyordu. Birçoğu onlardan önce denedi ve başarısız oldu. Berdichevsky ve meslektaşları başarılı olabilecekleri iyimserdi.

Bir silikon atomu dört lityum iyonuna bağlanabilir, bu da benzer ağırlığa sahip bir grafit anodu ile karşılaştırıldığında, bir silikonun on kat daha fazla lityum depolayabileceği anlamına gelir. Bu potansiyel, ulusal araştırma enstitülerinden gelen silikon anotları ile ilgili uzun bir geçmişe sahip olmak anlamına geliyordu ve General Motors ile teslim edilmemesinden sonra yüksek bir profile sahip olan yüksek profilli Amprius, Enovix ve Envia gibi sermaye ile finanse edilen girişimlere büyük bir yatırım getirdi. üretim vaat ediyor.

Lityum iyonları, batarya şarj edildiğinde anodu bağladığında, hafifçe şişer ve daha sonra kullanıldığı gibi yeniden büzülür. Tekrarlanan şarj döngüleri üzerinde, bu şişme ve büzülme, anot benzeri bir plağın yüzeyi üzerinde oluşan koruyucu bir madde olan katı elektrolit arabirim tabakasına zarar verir. Bu hasar, bataryadaki lityumun bir kısmını tüketen yan reaksiyonlar oluşturur. Berdichevsky, “İşe yaramaz bir şeye sıkışıp kalıyor” diyor.

Akıllı telefonların zaman içinde kapasitelerini kaybetmeye başlamanın temel nedeni budur. Bir grafit anot, yaklaşık yüzde yirmi kadar şişer ve küçülür, bu yüzden performans dramatik olarak kaymaya başlamadan önce bin tam şarj döngüsünü idare edebilir. Bu, bir akıllı telefon için yaklaşık iki yıllık günlük ücrete eşittir. Ancak silikon parçacıkları çok fazla lityum taşıdığından, şarj olduklarında yüzde 400’e varan oranda daha fazla şişer. Çoğu silikon anotlar, bir avuç dolum döngüsünden sonra kendilerini parçalara ayırır.

Laboratuarda beş yıl boyunca, Sila şişme problemini çözmek için nano kompozit bir malzeme oluşturdu.

Bir grafit anot bir apartman bloğu ise, tüm odaların aynı büyüklükte olduğu ve birbirine yakın bir şekilde paketlendiği, Berdichevsky’yi açıklıyor. 30.000’in üzerinde iterasyon – sütunların ve odaların farklı kombinasyonları – her katın silikon atomları için lityum topladıkça genişleyeceği boş bir alan oluşturduğu bir anot inşa ettiler. “Bu ekstra alanı yapının içinde tutuyoruz” diyor. Bu, anotun dış boyutunu ve şeklini sabit tutarken, şişmeyi hesaba katar.

Berdichevsky, önümüzdeki yıl üreticilere sunulacak olan Sila Nanotechnologies malzemesinin ilk versiyonunun yüzde 20 oranında enerji yoğunluğunu artırabileceğini ve bunun da yüzde 40 oranında bir artış sağlayabileceğini ve aynı zamanda güvenliği artırdığını söyledi. “Silikon, kenardan uzaklaşmanızı sağlar” diyor. “Güvenlik marjınızı gerçekten önemli ölçüde artırmaktan bir veya iki yüzde geri çekilebilirsiniz.”

Önemli olarak, mevcut tasarımlara doğru da değiştirilebilir. Asya’daki batarya üreticileri, elektrikli otomobillerin yaşına hazırlanmak için fabrika kapasitesini artırmaya çalışırken, Berdichevsky mevcut üretim süreçleriyle uyumlu olmayan herhangi bir şeyin kilitlenebileceğine inanıyor. “Eğer teknoloji bugün lityum iyonun yerini alacak değilse, piyasaya geldiği zaman on milyonlarca kurulu bir tabanla karşı karşıya kalacak.”

Birlityum iyonları, bir batarya şarjı ve deşarjı olduğunda iki elektrot arasında dans eder, bazen evine kadar her şeyi yapmaya çalışırlar. Bunun yerine, özellikle batarya çok hızlı bir şekilde şarj edildiğinde, elektrotun dış tarafında birikerek, bir mağaranın çatısında sarkıt gibi zamanla oluşan dallanma dendritlerine dönüşebilirler. Sonunda, bir pencere camı üzerinde donmaya benzeyen bu dendritler, elektrolit boyunca tam olarak ulaşabilir, ayırıcıdan delebilir ve karşı taraftaki elektrota dokunarak kısa devre oluşturabilir.

Katmanlar birbirine yaklaştıkça, bu risk artar ve daha az hata payı vardır. Samsung’un geçen yıl keşfettiği gibi yanlış anlamak, zarar verici ve pahalı olabilir. Küçük bir üretim hatası, Galaxy Note 7 tabletlerinin pillerinin içinde kısa devre oluşmasına neden oldu. Bazı cihazlarda, anot ve katot birbirleriyle temas halinde oldular – Samsung’a hatırlama maliyetlerinde tahmini maliyeti £ 3.4 milyar olan bir felaket. Bu olduğunda, “hücre çok ısınır” diye açıklıyor İyonic Materials’dan Zimmerman. “Sıcak hale geldiğinde, sıvı elektrolit ısıl kaçak haline geçer ve sonunda ateş yakar ve patlar.”

Çok tehlikeli olduğu için, aslında lityum iyon pillerde bu kadar lityum yoktur – sadece yüzde iki oranında. Ancak, Stan Whittingham’ın 1970’lerde yapmaya çalıştığı gibi saf metalik lityumun güvenli bir şekilde dahil edilmesi ve metalin kobalt-oksit kafesinden arındırılması için bir yol olsaydı, enerji yoğunluğunda on kat artış potansiyeline sahip olabilirdi. Bu, batarya araştırmasının kutsal mezarı olarak adlandırıldı ve Zimmerman bunu bulabilirdi.

Elektrolitin aslında pillerin enerji yoğunluğunu arttırmak için en büyük engel olduğuna inanıyor. Sıvı elektrolit ile ıslatılmış maddelerin jellere ve polimerlere doğru kademeli bir şekilde uzaklaşmasına rağmen, bunlar genellikle yanıcıdırlar ve ısıl kaçak hız trenini durdurmak için hiçbir şey yapmazlar.

Kendi girişiyle, Zimmerman “bir batarya kişisi” değildir. Arka plan, malzeme bilimi, özellikle polimerler, ve 14 yıl boyunca Bell Labs’da çalışmış ve Tufts Üniversitesi’nde bir girişimci olarak kendi kendine çarpmadan önce öğretmiştir.

2000’lerin başında, şarj edilebilir pillerle ilgilenmeye başladı. O zaman, sıvı elektrolitlerden katı hal elektrolitlerine doğru uzaklaşmak için bazı çabalar vardı. “İlke olarak, daha güvenli oldukları için, daha da sıkı çalışabilirsiniz,” diyor kıdemli enerji depolama bilimcisi Donald Highgate. “Aynı uygulama için daha küçük bir hücreye sahip olabilirsiniz.” Fakat çoğunlukla seramik ya da cam bazlı olmuşlar ve bu nedenle kırılgan ve ölçeğe göre üretilmesi zordur.

Elektrotların dokunmasını önlemek için plastik, elektrolitin ortasında bulunan – ayırıcı için bataryalarda zaten kullanılıyordu. Zimmerman, eğer doğru malzemeyi bulabilseydi, sıvıyı ve ayırıcıyı boşaltabilir ve onları aleve dayanıklı bir plastik tabakayla değiştirebilirdi ve dendritlerin tabakalar arasında büyümesini durdurmanın ek yararına sahip oldu. .

İyonik Malzemelerle, Zimmerman, elektronların metaller boyunca hareket ettiği şekilde modellenen tamamen yeni bir iletim mekanizmasına sahip bir polimer oluşturdu. Oda sıcaklığında lityum iyonları iletebilen ilk katı hal polimeridir. Malzeme esnek, düşük maliyetli ve her tür kötüye kullanıma karşı dayanıklıdır. İyonik Malzemeler tornavidalarını bataryalarından geçirir, mermilerle fırlatır ve elektronların akışını durdurarak veya durdurarak makasla keser.

Bir deney için, normalde kurşun geçirmez yelekleri test etmek ve 9 mm mühimmatla karalamak için kullanılan bir balistik tesise prototip yolladılar. İki kablo, kendi güç kaynağı çok dikkatli bir şekilde çıkarılmış bir Samsung tablete, düz bir gümüş torbaya bağladı. Mermiler çarptığında, batarya bir volkan gibi patladı. Ağır çekimde video, plastik ve metal lav gibi kraterler dışarı fırladı. Ancak batarya paketinde patlama, patlama veya yangın yoktu. Her bir darbe ile – bir, iki, üç – cihaz açık kaldı. Zimmerman “Her zaman polimerin onu güvenli hale getireceğini düşündük” diyor. “Pili daha sonra hala çalışmaya devam etmedik.”

Zimmerman’a göre, polimer lityum metale doğru bir harekete imkan verecek ve lityum-sülfür veya lityum-hava gibi yeni akü kimyasallarının benimsenmesini hızlandıracaktır. Fakat uzun vadeli gelecek lityumun ötesinde olabilir. Manchester Üniversitesi’nden araştırmacı olan ve bir balyoz gerektirebilecek bir problemle bir keskiyle parçalanan Liu, “Bu gelişme cihazın performansının gelişimi ile eşleşemez” diyor. “Bir devrime ihtiyacımız var.”

BirJohn Goodenough onun büyük lityum-iyon atılım haklarını vaz Oxfordshire t yayılan Harwell Bilim ve Yenilik Kampüsü, Stephen Voller havada aynı beden karbon fiber bir parça tutar ve bir içecek bardak altlığı olarak şekillendirirler.

50’li yılların sonlarında bir Manchester City hayranı olan Voller, IBM için bir yazılım mühendisi olarak ilk büyük internet markalarından biri olan Netscape’e katılmadan önce çalıştı. AOL tarafından şirket satın alındıktan sonra bahçe izinli bir yıl boyunca, dizüstü bilgisayarının pil ömrünün sınırlamaları nedeniyle gittikçe hayal kırıklığına uğradı ve bu konuda bir şeyler yapmaya karar verdi.

İlk fikri, pil ömrünü uzatmak için hidrojen yakıt hücrelerini kullanmaktı, ancak uçuculuğu, taşınabilir elektronikler için aşılmaz bir zorluğu kanıtladı. “Hidrojeni havaalanı güvenliğiyle almak oldukça zor” diyor. Daha sonra, Oxford Üniversitesindeki tanıdıklarla, bir süperkapasitör gibi davranan son derece hızlı şarj eden bir malzeme üzerinde heyecan verici çalışmalar yaptı. Bir pil, enerjiyi kimyasal olarak depolarken, süper kapasitörler, bir balonun üzerinde statik toplama yapmak gibi bir elektrik alanında tutuyorlar.

Süper kapasitörlerle ilgili problem, piller kadar fazla enerji depolayamamaları ve çok hızlı bir şekilde dışarı sızmalarıdır. Lityum-iyon iki hafta kadar uzun bir süre boyunca kullanmaya devam ederse (eski Nokia’nızı hatırlıyor musunuz?), Bir süper kapasitör birkaç saat içinde düz bir şekilde çalışabilir.

Sanayideki bazı kişiler, süper kapasitörleri pillerle birleştirmenin akıllı telefonlar ve diğer güç tüketimli tüketici teknoloji cihazları için bir nimet olabileceğine inanıyor. Tüm gün süren bir telefon kurmaya çalışmak yerine Donald Highgate, süper-kapasitörlerin bir veya iki dakikada şarj olan hibrid telefonlar oluşturmak için kullanılabileceğini ve ayrıca yedekte bir lityum-iyon hücresinin yedek olarak kullanılabileceğini söylüyor. “Çok hızlı bir şarj olsaydı, onu bir indüksiyon döngüsüne yerleştirebilirdiniz ve kahvenizi karıştırırken şarj olur” diyor.

Voller onun daha iyisini yapabileceğini düşünüyor. 2013’te, süper-kapasitörler kadar hızlı şarj edilen karbon bazlı piller geliştiren, ancak lityum-iyon kadar uzun bir süre şarjını elinde tutan ZapGo’yu kurdu. Kasım 2017’ye kadar, Harwell’deki Rutherford Appleton Laboratuarı ve Charlotte, North Carolina’da ofislere bölünmüş 22 personele ulaştı. İlk tüketici hücreleri, bu yıl sonuna doğru üçüncü parti ürünlerinde, otomobiller için bir atlama başlangıç ​​kiti ve şarj süresinin sekiz saatten beş dakikaya düştüğü elektrikli bir scooter da dahil olmak üzere kullanıma sunulacak.

Elinde tuttuğu karbon fiber parçası, ateşe katılamayacak katı hal elektrolitli bir pil ve nano yapılı karbonla kaplanmış, iki katmanı, güçlendirmek üzere tasarlanmış, nano yapılı karbonla kaplanmış iki alüminyum levhadır. yüzey alanı. “Himalayalar gibi görünmesini istiyorsun” diyor Voller, mikroskop altında olmasına rağmen bir şehir silüeti silüeti gibi. ZapGo’nun teknolojisinin anahtarı, elektrolitin Velcro gibi yukarıdan karbon siluetinin içine sorunsuz bir şekilde oturduğundan emin olarak verimliliği artırmak ve sızıntı miktarını azaltmak olmuştur.

En büyük avantaj uzun ömürlülüktür. Çünkü ZapGo’nun hücre depoları geleneksel bir bataryadan daha çok bir balon gibi şarj oluyor – çünkü Voller “hiç kimya yok” diyor – 100.000 deşarj çevrimine dayanabileceğini iddia ediyor. Bu lityum iyondan 100 kat daha iyidir. Telefonunuzu her gün 30 yıl şarj ediyor.

Mevcut üçüncü nesil ZapGo hücreleri henüz bir akıllı telefon çalıştırmak için yeterince güçlü değil, ancak kullanılan malzemelerin voltajı arttırmak için hiçbir engel oluşturmadığı için Voller 2022’ye veya “iPhone 15’in etrafına” ulaşmayı bekliyor.

Şarj altyapısında bir değişiklik gerektirecektir. Akıllı telefon şarj cihazınızın şişman kısmı, şebekeden akan elektrik miktarını düşürmek, bozulmayı önlemek ve ateşe maruz kalmasını önlemek için tasarlanmıştır. Bazı patlayıcı olaylar, bunu yapmak için gerekli elektronik donanıma sahip olmayan ucuz üçüncü parti şarj cihazlarına suçlandı.

ZapGo’nun bataryası ya da herhangi bir süper kapasitör tabanlı sistem için, duvardan zıt enerji depolayabilen bir şarj cihazına ihtiyacınız olacak ve ardından kısa ve keskin bir patlamada telefonunuza gönderileceksiniz. Laboratuarda, Voller’ın ekibi bir dizüstü bilgisayar güç kaynağının boyutu hakkında bir şeyler yaptı, ancak daha küçük ve daha verimli hale getirmek için çalışıyorlar.

Dyson Design of Design Engineering’den Sam Cooper da dahil olmak üzere bazı firmalar, firmaların ürünlerini uzun süren bir cihaza yerleştirmek isteyip istemediklerini sorguladı. “Telefon şirketleri için cihazın bir sonraki sürüm için zamanında ölmesini sağlayacak açık bir kâr teşviki var. Bu ırk olmayabilir” dedi. Voller, ZapGo’nun sahip olduğu 30 ya da daha fazla patent arasında, hücrelerin ömrünü yapay olarak bozmanın bir yolu olduğunu ve bunların otuz yıldan beri sürmesini engellemek olduğunu kabul ediyor. “Bunu yapmazdık, ancak bunu yapmayı tercih ederse müşterilerimize sunabilme imkanımız var” diyor.

Karbon bazlı enerji depolama, mevcut teknolojilere göre bir başka büyük avantajı vardır. Aslında telefonun harici yapısının bir parçası olarak kullanılabilir. Pilleri mevcut telefon tasarımlarına uyacak şekilde tasarlamak yerine Voller, tüm verilerimizin 5G üzerindeki buluttan çekildiği ve pil ömrünün daha da önemli hale geldiği esnek ekranlar ve katlanabilir cihazların geleceği için hazırlanıyor.

Ofisinin dar koridorundan aşağı inip öğleden sonra güneşine inen Voller, Oxfordshire kırsalında uzaylı bir uzay gemisi gibi görünen halka şeklindeki büyük bir bina olan Diamond Light Source’un gölgesinden geçiyor. İçinde, araştırmacılar mikroskobik ölçekte potansiyel akü malzemelerini sorgulamak için hızlandırılmış ışığın yoğun ışınlarını kullanıyorlar – lityum-sülfürün neden başarısız olduğunu araştırıyor ve anotlar ve katotlar için alternatif materyalleri araştırıyor – hala alanı işgal eden aynı problemi ortadan kaldırıyor neredeyse otuz yıldır.

Voller onun akıllı telefonunu havaya fırlatır, onu yönlendiren lityum iyonun eksikliklerini ve yüzlerce başka kişiyi, parlak ama kusurlu bataryayı yeniden icat etmek için yüksek bahisli yarışa katılmalarını söyler. “Hepimiz piller üzerinde klip veya iki telefon taşıyor olsun, onunla başa çıkmak için stratejiler geliştirmek zorunda kaldık” diyor. “Bu delilik. Böyle olmamalı. ”

Bizi desteklemek isterseniz WWW-AGAR-BLOG Destek kodumuzu kullanabilirsiniz.  Want to support us? Use our Support-a-Creator code