¿Qué parte de un teléfono inteligente limita la experiencia del usuario?
Desde el iPhone de primera generación en 2007 hasta finales de 2017, el tiempo de uso de los teléfonos móviles solo aumentó de 6 horas a más de 10 horas en diez años. La industria de las baterías quedó muy por detrás de la velocidad de desarrollo de. otros componentes en teléfonos móviles. La gente tiene que llevar consigo un pesado banco de energía todo el tiempo. Por el contrario, en el campo de la investigación científica a menudo surgen noticias llamativas sobre avances en el rendimiento de la batería: por ejemplo, un equipo de investigación científica de una universidad logró un avance en la batería al "cargar en 5 segundos y hablar durante dos horas". Espera, ¿qué deberíamos hacer con esta noticia? ¿Qué cambios pueden aportar realmente los avances científicos de estos laboratorios a los productos electrónicos de nuestra vida diaria? ¿Qué tipo de tecnología de batería es el nuevo desarrollo en este lanzamiento de satélite? ?
2017 12 15 Un magnífico equipo del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Polímeros de la Universidad de Zhejiang desarrolló un nuevo tipo de batería de aluminio y grafeno. El artículo relacionado "Batería de alúmina-grafeno ultrarrápida para todo clima con una vida útil de 250.000 ciclos" se publicó en Science Advances. El primer autor es el Dr. Chen Hao del equipo. Se informa que este tipo de batería puede funcionar en un ambiente de -40 grados Celsius a 120 grados Celsius, y se puede decir que es resistente tanto a altas temperaturas como al frío. En un entorno de -30°C, este nuevo tipo de batería puede alcanzar un rendimiento de carga y descarga de 1.000 veces, y en un entorno de 100°C, puede alcanzar un ciclo estable de 45.000 veces. La nueva batería todavía es flexible. Después de doblarse 10.000 veces, la capacidad permanece completamente sin cambios y el núcleo de la batería no se incendiará ni explotará incluso si entra en contacto con las llamas. ?
La batería puede funcionar normalmente a altas temperaturas. Dos baterías conectadas en serie pueden encender un conjunto de luces LED. ?
El ánodo de esta batería es una película de grafeno y el cátodo es de aluminio. Dos baterías conectadas en serie pueden encender un conjunto de luces LED. Después de las pruebas, la capacidad específica del ánodo de grafeno alcanza los 120 mAh/g (miliamperios hora/gramo). Si un ciclo de carga y descarga se toma como un ciclo, la carga rápida se puede cargar completamente en 1,1 segundos y aún tiene una capacidad específica reversible de 11 mah/g. Después de 250 000 ciclos de carga y descarga, aún puede mantener una capacidad de 965 438+. 0%. Casi no hay pérdida de energía. Si un teléfono inteligente utiliza este tipo de batería, puede durar casi 70 años incluso si se carga 10 veces al día. ?
¿Las baterías nuevas son demasiado potentes? ¿La verdad es...?
Después de leer la descripción anterior, ¿crees que esta nueva batería es demasiado potente? ! Espero que pueda producirse en masa lo antes posible y usarse en nuestros teléfonos móviles lo antes posible, para que podamos abandonar el voluminoso banco de energía lo antes posible. Pero ¿cuál es la situación real? Hablemos primero del origen de este invento. ?
En 2015, el grupo de investigación de Hongjie Dai en la Universidad de Stanford publicó los resultados de su investigación en la revista Nature. El ánodo está hecho de espuma de grafito agrietado a alta temperatura, logrando por primera vez baterías de iones de aluminio de alta capacidad específica y ciclo largo. Inspirado por esto, el equipo de investigación del profesor Gao Chao de la Universidad de Zhejiang intentó utilizar películas de grafeno para fabricar electrodos para baterías de aluminio. ?
La batería de iones de aluminio desarrollada por la Universidad de Stanford, así como el material del electrodo negativo de la batería. ?
"El rendimiento de la batería depende del estado de los electrones y los iones que 'corren' entre el ánodo y el cátodo." El profesor Gao Chao, líder del equipo de investigación, afirmó que el material del electrodo debería permitirlo lo mejor posible. tantos electrones e iones como sea posible. Los iones viajan suavemente o regresan rápidamente a sus posiciones. Si no hay suficientes caminos o los caminos están congestionados, el rendimiento se verá afectado. ?
Después de un año y medio de exploración y acumulación, el equipo de Gaochao propuso el principio de diseño de "tres máximos y tres continuos" para materiales de cátodos de grafeno. Los "tres máximos" se refieren a la alta calidad, alta orientación y alta porosidad de la microestructura; los "tres continuos" se refieren a la presencia de una red conductora continua, canales continuos de transmisión de iones y canales continuos de intercalación de iones en la macroestructura. En principio, este diseño supone un paso de gigante en el rendimiento de las baterías de aluminio y grafeno. Anteriormente, la capacidad específica de las baterías de aluminio rondaba los 60 mAh/g, y el número de cargas y descargas repetidas era de mil veces. ?
El "Taishan Beidou" en la industria de las baterías recargables: ¿baterías de iones de litio?
La batería recargable más común actualmente en uso comercial es la batería de iones de litio. El concepto de baterías de iones de litio fue propuesto por primera vez por el profesor M.S. Whittingham en los Estados Unidos en 1970. Fue desarrollado con éxito por el equipo de Yoshino Akira de Asahi Chemical Co., Ltd. de Japón en 1991 y posteriormente comercializado por Sony Corporation en 1 año. Ha experimentado un total de * * *. ?
Aunque su rendimiento relativamente estable puede cumplir con los escenarios de uso general actuales, el litio metálico es un metal raro caro y reactivo. Esto significa que el coste de las baterías de litio no se reducirá a un nivel muy asequible. Al mismo tiempo, los riesgos de seguridad de las baterías de litio en muchas ocasiones especiales deben llamar nuestra atención. Las regulaciones pertinentes de la industria de la aviación sobre el transporte y envío de baterías de litio demuestran los problemas de seguridad de las baterías de litio en entornos no convencionales. ?
Posteriormente, para reducir costes, los científicos desarrollaron en el laboratorio baterías de sodio y baterías de aluminio. Entre ellos, el aluminio es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre, es barato y seguro, y es un material de electrodo negativo ideal para la preparación de baterías. Pero a lo largo de los años, el rendimiento general de las baterías de aluminio ha seguido siendo inferior al de las baterías de iones de litio y los supercondensadores. Una cuestión clave en la tecnología de baterías de aluminio es diseñar un material de cátodo que pueda combinar con el aluminio y funcionar de manera eficiente. Sólo así se podrá poner realmente en juego su excelente rendimiento electroquímico.
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El profesor Yoshino Akira y el primer prototipo de batería tubular de iones de litio que diseñó para experimentos. ?
El profesor Gao Chao señaló que todavía hay mucho margen de mejora en la capacidad específica del cátodo, el voltaje de salida y la carga superficial de las baterías de aluminio, y que la densidad de energía no es suficiente para competir con las de iones de litio. baterías. En el futuro, será necesario aumentar aún más la densidad de energía manteniendo al mismo tiempo una alta densidad de potencia. Además, el electrolito líquido iónico clásico actual es caro. Si se puede encontrar un electrolito más barato, las perspectivas comerciales de las baterías de iones de aluminio serán más amplias. A menos que el costo se controle a un nivel aceptable para el mercado, será difícil comercializar cualquier invención nueva. ?
¿Máquina de recubrimiento a gran escala en taller de producción de baterías de iones de litio?
Nuevo avance en baterías verdes: ¿La comercialización tardará al menos entre 8 y 10 años?
En los últimos 20 años, las baterías verdes, como industria central de la nueva industria energética, han sido buscadas por todos los sectores de la sociedad. El gobierno ha aumentado la inversión y la comunidad de investigación científica también se ha entusiasmado. . Los artículos publicados en las principales revistas internacionales Nature y Science afirman haber logrado algún tipo de avance tecnológico. La esencia de estos artículos es anunciar al mundo que se ha desarrollado un nuevo material para la batería o se ha descubierto algún mecanismo clave. ?
Sin embargo, es posible que los lectores no sepan que la mayoría de los prototipos de baterías que se encuentran en el laboratorio son similares a las baterías de botón utilizadas en los relojes. La celda de batería comercial es una batería llamada 18650. Es un modelo de batería de iones de litio estándar establecido por Sony Corporation de Japón, el creador de las baterías de iones de litio, para ahorrar costos. 18 significa un diámetro de 18 mm, 65 significa una longitud de 65 mm y 0 significa una batería cilíndrica. Ya sea una fuente de alimentación móvil, una computadora portátil o la batería de un auto deportivo eléctrico Tesla, es este tipo de batería. La producción de este tipo de núcleo de batería requiere el uso de equipos profesionales a gran escala para la producción y el montaje en un taller de fábrica cerrado y libre de polvo. El laboratorio obviamente no tiene esta condición. Incluso si la investigación de seguimiento puede encontrar un electrolito barato como material alternativo al electrolito líquido iónico, se necesitarán al menos de 8 a 10 años para que la comercialización de prototipos de baterías en el laboratorio resuelva varios detalles técnicos. ?
¿Batería 18650 y batería de botón 2032?
Hablando de laboratorios, además de las universidades y los laboratorios nacionales, también juegan un papel muy importante los laboratorios afiliados a empresas. Por ejemplo, el Laboratorio Central de Xerox en Estados Unidos fue mundialmente famoso en el siglo pasado. En los años 70 nacieron en este laboratorio casi todas las tecnologías importantes necesarias para la revolución informática. Algunos dicen que la mitad de los mayores talentos informáticos del mundo trabajaban aquí en aquella época. ¿Crees que es increíble? Se dice que cuando Jobs visitó el laboratorio Xerox, vio por primera vez la interfaz gráfica de usuario y el mouse. Se sonrojó de emoción y los usó en las computadoras Apple cuando regresó. ?
De hecho, el laboratorio central afiliado a esta empresa no es sólo Xerox. Aún más famoso es Bell Labs, que pertenece a AT&T Corporation. Desde su creación, Bell Labs ha obtenido más de 27.000 patentes de invención, un promedio de 4 patentes por día laborable, y también ha ganado 8 premios Nobel, más que la mayoría de los países. Sin embargo, después de tantos años, las únicas cosas que realmente utilizamos y recordamos en nuestras vidas son las computadoras personales, las impresoras láser, los ratones y las interfaces gráficas de usuario. ?
El desarrollo actual de la industria de las baterías está impulsado más por microinnovaciones dentro de la empresa, como la proporción de materiales del cátodo, la tecnología de recubrimiento de materiales, la tecnología de ensamblaje de baterías, etc., para mejorar el rendimiento y la seguridad de la batería. ?
Para decirlo sin rodeos, para la investigación científica corporativa, basta con saber por qué, pero no es necesario saber por qué. Lo importante es saber qué hacer, encontrar una solución, sin tener que resolverlo a nivel científico básico. ?
Efectivamente, ciencia y tecnología son dos cosas diferentes. Nuestros ancestros primitivos sabían cómo usar palos para hacer palanca en piedras, lo cual es tecnología; no necesitamos esperar hasta que Arquímedes propusiera el principio de apalancamiento, que se llama ciencia; Watt mejoró la máquina de vapor. Siempre que se pueda utilizar, es tecnología; no es necesario descubrir primero cuál es el principio del trabajo del vapor. Eso se llama ciencia. ?
El propósito de la investigación científica es servir a la sociedad, y cada artículo publicado en una revista tiene su significado. La revista estipula que el significado debe estar claramente escrito en el resumen y la conclusión del artículo. Sin embargo, estos significados se expresan en términos rigurosos y profesionales, que son difíciles de entender para los investigadores ajenos a este campo de investigación, y mucho menos para los investigadores no científicos comunes y corrientes. En cuanto a los informes que llaman la atención en los medios, tienen únicamente el propósito de llamar la atención. La próxima vez que vea estas noticias que acaparan los titulares, trátelas como noticias de entretenimiento.