[التكنولوجيا والمستقبل] المزيد والمزيد غير المرئي ، هكذا ستصبح بطارية المستقبل!

بطارية ليثيوم
ECOVACS

تعتبر الحاجة إلى دمج بطارية الليثيوم في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية مصدر إزعاج كبير في نظر المستهلك. هذا المكون هو في الواقع مسؤول عن جزء كبير من الوزن وعلى سماكة من أجهزتنا (3000 ماه في هذه الشروط "التكلفة" حول غرام 50 واثنين من ملليمترات) ، يخضع لترحيب انخفاض القدرة بمرور الوقت بسبب البلى ويجبرنا في النهاية على الملل طقوس التغذية.

حضوره ، من ناحية أخرى ، انها أساسية لتشغيل المحطات المتنقلة. كما رأينا في المادة الاخيرة في هذا العمود ، في الواقع ، تحتاج هواتفنا الذكية باستمرار إلى طاقة لتعمل ، ويبدو أن خلية أيون الليثيوم هي المرشح المثالي لتجميع هذه الطاقة.

JiaYu F1

بالنظر إلى أنه حتى في المستقبل لن نتمكن من الاستغناء عن هذا المكون ، لذلك ركزت أقسام البحث في الشركات والجامعات على جعل أكثر راحة شحنه ه وجوده غير مرئي. لذلك سنرى اليوم التقنيات التي يتم دراستها لزيادة خفة, المدة مع مرور الوقت e قدرة من البطاريات ، يتناقص في نفس الوقت عبء e وقت الشحن.

الشحن اللاسلكي

قد يعتقد المرء أنها تقنية مناسبة فقط للمستهلكين الكسالى ، ولكن لا يمكن إنكار أن الشحن اللاسلكي يمثل خطوة مهمة إلى الأمام في اتجاه راحة الاستخدام. إن القدرة على إعادة شحن هاتفك الذكي ببساطة عن طريق وضعه على السطح ، دون الحاجة إلى تعطله كثيرًا في البحث عن الكابل (والاتجاه الصحيح لإدخاله) ، هي بالفعل جذابة لمعظم المستخدمين.

ملاحظة: في هذا الصدد ، نحيلك إلى اثنتين من مراجعاتنا الأخيرة لأجهزة الشحن اللاسلكية ببنوك الطاقة المتكاملة (Fone Salesman QiStone + e RavPower Powerbank 5000mAh مع الشحن اللاسلكي).

غياب الأجزاء الميكانيكية ومن ثم ، فإن التوافق الواسع المحتمل يجعل هذه التقنية مثالية للاستخدام في الأماكن العامة مثل الحانات والمحطات والمطارات. ناهيك عن ، في النهاية ، التداعيات الواضحة من حيث متانة موصلات USB (التي تستخدم بشكل أكثر ندرة) وارتداء البطاريات التي ، بحكم طبيعتها ، تعاني أقل رسوم جزئية متكررة وبطيئة نموذجي لهذا الحل مقارنة بالحل السريع والكامل.

RavPower Wireless Powerbank 5000mAh

هناك بالفعل العديد من معايير الشحن اللاسلكي في السوق والتي ، وغني عن القول ، تستند جميعها إلى نفس المبادئ المادية. كن Qi أن سلطة النقد الفلسطينية (في الواقع الأكثر انتشارًا حاليًا) ، في الواقع ، تستخدم اقتران حثي رنيني لنقل الطاقة من واحد دارة LC (مكونة من ملف ومكثف) مدعوم من التيار الكهربائي إلى واحد موجود على الجهاز ليتم إعادة شحنه.

عندما يدخل جهاز متوافق مع إحدى هذه التقنيات في نطاق عمل قاعدة الشحن ، فإنه يزعج مجال التحكم الكهرومغناطيسي الضعيف المنبعث من الأخير ، ويبلغه بوجوده. عند هذه النقطة يبدأ الجهازان "التحدث" (مع وجود تقنية مشابهة جدًا لتقنية NFC) ، وإذا استوفى كلاهما نفس المعيار ، فستبدأ القاعدة في إصدار الحقل الرنيني.

تشي لاسلكي
http://www.batteryuniversity.com/_img/content/qi.jpg

ربما سمع الكثير منكم بالفعل صدى وسيكونون قد تحققوا (ربما دون وعي) من التأثيرات من خلال ضبط الغيتار أو الذهاب على الأرجوحة. دعونا نفكر ، على سبيل المثال ، في اثنين من شوكات ضبط متطابقة. إذا كانت هذه قريبة بما فيه الكفاية وإذا ضربت أحدهما ، في الواقع ، سترى قريبًا أن الآخر سيبدأ أيضًا في الاهتزاز: طاقة الأولمن خلال الموجات الصوتية انتقل إلى الثاني.

يحدث الشيء نفسه مع دائرتي LC لأنظمة الشحن اللاسلكي: يؤدي تباين تدفق المجال المغناطيسي (الناتج عن التيار المتذبذب الموجود في الدائرة الأولى) إلى إنشاء تيار كهربائي رنان في الثانية. أخيرًا ، يمكن تحويل الطاقة المنقولة بهذه الطريقة إلى تيار مباشر واستخدامها لإعادة شحن البطارية.

الطاقة اللاسلكية
http://newsroom.intel.com/servlet/JiveServlet/showImage/102-1119-4-1079/wrel.png

لكي تكون هذه العملية فعال، ومع ذلك ، يجب أن يكون ملفا دارات LC أقرب ما يكون (عادة من 5 مم إلى 40 مم). في الواقع ، يرتبط الاقتران الاستقرائي ارتباطًا وثيقًا بكثافة المجال الكهرومغناطيسي والذي ، نظرًا لاستخدام الترددات المنخفضة جدًا (100-205 كيلو هرتز لـ Qi) ، يقترب من الموجة الكروية التي للأسف يتناقص بسرعة كبيرة مع المسافة.

تتم دراسة أنظمة الشحن اللاسلكي القادرة على نقل الطاقة عبر مسافات أطول ، ولكن في الوقت الحالي ، لا يمكن توقع تاريخ وصول محتمل إلى السوق. في الواقع ، تنعكس الحاجة إلى استخدام ترددات عالية جدًا (ترتيب الميكروويف) فيعالية الاتجاه من الحقل المنبعث الذي سيجبر القواعد على معرفة موضع الجهاز لحظة بلحظة حتى تكون إعادة الشحن فعالة.

دعونا نتذكر ، أن نستنتج ، أن تقنيات الشحن اللاسلكية المتوفرة حالياً في السوق لا تصلح إلا للإرسال القوى المنخفضة (5 واط في حالة Qi ، ولكن من المتوقع وجود إصدارات طاقة أعلى) ولها كفاءة نموذجية بترتيب 75-80٪، أقل بكثير مما يمكن الحصول عليه مع شحن الكابل.

ليثيوم أيون: تقنية ، الكثير من الخيارات!

إذا كان احتمال ترك الكبلات والموصلات لصالح الشحن اللاسلكي قد يبدو مفيدًا ، فإن الأمر أيضًا مبشر جدًا البحث عن الأنودات الجديدة ، و cathodes و electrolytes يمكن أن تضمن خصائص الخيال العلمي تقريبا لبطاريات الليثيوم أيون في المستقبل.

كما رأينا في مقال يوم الأحد ، في الواقع ، تتضمن هذه التقنية مجموعة كبيرة ومتنوعة من الخلايا بناءً على مواد وعمليات كيميائية مختلفة ، متحدًا فقط بحقيقة أن يتم تبادل أيونات الليثيوم في جميع الأنودات والكاثود. بعض هذه البطاريات سوف تكون قادرة على الاعتماد على واحد لا يصدق كثافة الطاقةوالبعض الآخر سيكون آمن جدا والبعض الآخر لا يزال على وجه الخصوص مستقرة مع مرور الوقت.

SuperEnergy سوبر بطارية ليثيوم

نظرًا لأن المناقشة الشاملة لجميع التوليفات الممكنة بعيدة المنال بالتأكيد ، فقد قررنا أن نقتصر على جمع المواد الرئيسية التي يتم اختبارها بالخصائص النسبية في الجدول. جميع المقارنات والنسب ، بالطبع ، هي يشار إلى معايير السوق الحالية.

بالطبع لا تزال معظم التقنيات الكيميائية المذكورة أعلاه كذلك قيد التطوير وربما لن يصل الكثير منهم إلى السوق أبدًا. من المثير للاهتمام أن نلاحظ ، على أي حال ، كيف يوجد عالم شاسع حقًا من الاحتمالات (غالبًا لا تتوافق مع بعضها البعض) لتحسين خصائص البطاريات.

من بين هذه التقنيات ، من أكثر التقنيات الواعدة لقطاع الهاتف المحمول ، على الأرجح ، تلك التي تهدف إلى a زيادة في كثافة الطاقة وسرعة إعادة الشحن. تلك التي تركز على السلامة والحياة التشغيلية ، في الواقع ، من المحتمل أن يتم تجاهلها بسبب متوسط ​​العمر الأقصر للأجهزة (هل قال أي شخص التقادم المخطط له؟). ومع ذلك ، فإن توقع التكنولوجيا التي ستسود هو مقامرة في الوقت الحالي.

ما وراء الكيمياء

طريقة الخلايا الكهروكيميائية ، على أي حال ، انها ليست الوحيدة التي يمكن السفر لتحسين تجربة المستهلك. هناك العديد من تقنيات تخزين الطاقة التي ، على الرغم من عدم استخدامها حاليًا في بيئة الهاتف المحمول ، يمكن أن تثبت نفسها في المستقبل خصوم صالح لبطاريات أيونات الليثيوم.

البحث المستمر في مجال المكثفات الفائقةعلى سبيل المثال ، في السنوات الأخيرة جلبت نتائج استثنائية تجعلنا نأمل في المستقبل. إذا كان صحيحًا أن هذه المكونات تمتلك اليوم كثافة طاقة ، وهي عادةً جزءًا من تلك التي يمكن الحصول عليها مع بطاريات الليثيوم الحالية ، فمن الصحيح أيضًا أنها لا تعاني من التآكل (عدد دورات التغذية في الملايين) ، قوة محددة استثنائية ، وقبل كل شيء ، يمكن أن يكون محملة بالكامل في بضع ثوان.

تكنولوجيا أخرى تسمح للتراكم الفعال للكميات الهائلة من الطاقة ، إذن ، هي أنه في القاعدة بطارية دولاب الموازنة. في هذا النوع الخاص من البطاريات ، في الواقع ، يتم استبدال التفاعلات الكيميائية النموذجية بوجود قرص يتراكم عند تدويره. الطاقة في شكل ميكانيكي. بفضل استخدام الفراغ القوي (الذي يقضي على احتكاك الهواء) والتعليق المغناطيسي ، تتمتع هذه البطاريات بتفريغ ذاتي ضئيل ، تمثل حالة من الفن لكثافة الطاقة والكفاءة وأوقات الشحن.

بطارية دولاب الموازنة
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2f/G2_front2.jpg

تعود المشاكل الكبرى لهذه التقنية ، كما يمكنك تخمين ، إلى صعوبة في التصغير مثل هذا النظام المعقد. لذلك ، بالكاد سنرى بطاريات من هذا النوع على هواتفنا الذكية ، ولكن يبدو أنه من الضروري إخبارك بوجودها.

نخصص بعض الأسطر ، أخيرًا ، لاحتمال استخدامها في المستقبل بطاريات الوقود (خلية الوقود الشهيرة) أو أكثر غرابة تراكمات مغناطيسية. الأول ، في الواقع ، هي الأجهزة الكهروكيميائية التي يحتاجون إلى وقود (عادة الهيدروجين) التي يجب احتواؤها في خزان خارج الخلية نفسها. حتى لو تمكن شخص واحد من تصغير الخلية والدبابة ، فإن مشكلة إعادة الشحن ستبقى ، على خلاف البطاريات العادية ، سيتم ذلك عن طريق شراء الوقود. وبالتالي ، فإن هذه التكنولوجيا من شأنها أن تشكل خطوة إلى الوراء فيما يتعلق بالراحة للمستهلك.

خلية الوقود
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/22/Fuel_cell_NASA_p48600ac.jpg/800px-Fuel_cell_NASA_p48600ac.jpg

من ناحية أخرى ، من المستحيل استخدام هذا الأخير أثناء التنقل. في الواقع ، تستخدم المراكم المغناطيسية (SMES) أ لفائف فائقة التوصيل والتي ، في الوقت الحاضر ، لا يمكن أن توجد إلا إذا تم الحفاظ عليها درجات حرارة منخفضة بشكل لا يصدق. وطالما لا توجد مواد فائقة التوصيل في درجة حرارة الغرفة (التي لا يمكن اكتشافها أبداً) ، فإن هذه التكنولوجيا لن تكون بديلاً صالحاً للبطاريات الكيميائية الحالية.

في هذا المقال ، أظهرنا كيف أن الأبحاث النشطة في مجال تخزين الطاقة ، وفي الوقت نفسه ، جعلتنا ندرك في أي اتجاه يمكن للشركات التحرك لاقتراح المطاريف مع زيادة الاستقلالية وإعادة الشحن بشكل مريح.

نتوقع ، في الختام ، أن يوم الأحد المقبل سوف نذهب إلى عالم الكاميرات وسنحاول تقديم تفسير للعديد من المختصرات التي تظهر عندما نتحدث عن هذا المكون.

تحديث: أشرنا إلى أننا في هذه المقالة أغفلنا عن تقنية قديمة ولكنها واعدة ، وهي بطاريات الاضمحلال الإشعاعي. إنه في الواقع النوع الوحيد من الخلايا الأولية (لا قابلة للشحن) قادرة ، بفضل كثافة الطاقة العالية جدًا ، على تشغيل أجهزتنا لفترات طويلة جدًا (في حدود عشر سنوات).

في قاعدة عمل هذه الخلية هناك ، كما يمكنك تخمين من الاسم ، عنصر مشع أن يحل الطاقة التي تنبعث منها. إن أكثر إصدارات هذه التقنية تنسيقاً ، على وجه الخصوص ، تنتج الكهرباء بطريقة مباشرة باستخدام المستمر انبعاث الجسيمات المشحونة (الإلكترونات أو نوى الهليوم) بواسطة العنصر لتوليد فرق جهد عبر تقاطعات السيليكون pn.

خلية betavoltaic
http://large.stanford.edu/courses/2013/ph241/harrison2/images/f1big.png

ومع ذلك ، فإن هذه البطاريات لها عيب كبير يتمثل في امتلاكها (حاليًا) كثافة طاقة منخفضة للغاية والتي ، بالطبع ، لا تتوافق مع الاستخدام في منشآتنا الذكية. ومن ثم ، فإن التبني الجماعي المحتمل لهذه التكنولوجيا يصبح أكثر احتمالاً بسبب المشاكل الواضحة التخلص من البطاريات المنهكة (التي لا تزال تحتوي على مواد مشعة) والسمعة السيئة لمصطلح "نووي" بين الجمهور.