Futurologia 1.1: baterias menores e de maior capacidade estão mais próximas do que nunca

No início do ano, em nossa série de Futurologia para smartphones, discutimos a tecnologia por trás da bateria nos smartphones e o que está por vir no futuro. Este artigo é uma atualização rápida dessa peça, analisando alguns dos recentes desenvolvimentos em baterias baseadas na química de lítio - como as que alimentam a grande maioria dos smartphones.

Examinaremos mais de perto o que reduz a vida útil da bateria do telefone ao longo do tempo e como tecnologias de alta capacidade, como baterias de enxofre de lítio e ânodos de metal de lítio, estão mais próximas do que nunca de se tornarem práticas. Junte-se a nós após o intervalo.

: As mais recentes inovações na tecnologia de bateria do telefone

Por que a capacidade da bateria diminui com o tempo

Crédito da imagem: Joint Center for Energy Storage Research

Um grupo liderado pelo Joint Center for Energy Storage Research nos EUA conseguiu reunir evidências sobre os processos por trás da deterioração das baterias de lítio ao longo do tempo . No meu artigo original, mencionei o crescimento dendrítico (ramificado como uma árvore) nos ânodos de metal de lítio ao longo do tempo, reduzindo a capacidade da bateria.

Deposição de metal de lítio no eletrodo Li-po ao longo do tempo

Crédito: Joint Center for Energy Storage Research

A equipe desenvolveu um novo método usando STEM (microscopia eletrônica de transmissão de varredura - um método para analisar estruturas incrivelmente pequenas) para observar esses depósitos em uma bateria de polímero de lítio ao longo do tempo.

O ânodo de uma bateria de lítio é o que determina a capacidade total, e esses crescimentos interrompem a eficiência com que o ânodo é capaz de armazenar íons de lítio e, assim, reduzir a capacidade da bateria. Também foi demonstrado que esses crescimentos dendríticos do metal de lítio podem ser perigosos e causar falhas internas que levam à explosão da bateria ou, pior ainda, à explosão .

Com essas habilidades inovadoras para observar esses processos, a equipe conseguiu determinar os fatores que controlam esses crescimentos que ajudarão os pesquisadores em campo a melhorar a longevidade e a segurança das baterias comerciais à base de lítio.

Melhorias no enxofre-lítio

Crédito da imagem: Universidade da Califórnia

Houve um aumento dramático no número de artigos publicados sobre a tecnologia de enxofre e, como explicado anteriormente, a tecnologia é vista como a próxima iteração na tecnologia de baterias de lítio, substituindo as células poliméricas de lítio amplamente adotadas. Para recapitular:

O enxofre-lítio é um substituto extremamente atraente para as tecnologias atuais, pois é tão fácil de produzir quanto possui uma capacidade de carregamento mais alta. Melhor ainda, não requer solventes altamente voláteis, o que reduz drasticamente o risco de incêndio devido a curto-circuitos e perfurações.

Mais sobre enxofre de lítio e outras tecnologias futuras de baterias

Recentemente, um grupo da Universidade da Califórnia resolveu um dos problemas relacionados à química do lítio-enxofre, publicando um artigo sobre isso no mês passado .

À medida que os problemas com a longevidade das baterias Li-S são resolvidos, a tecnologia avança no sentido de ser uma realidade prática.

Durante as reações químicas que ocorrem nos processos de carga e descarga, cadeias de polissulfeto são formadas. Essas cadeias devem fluir através do eletrólito intacto e é aí que está o problema, às vezes o polissulfeto pode se dissolver na solução e afeta muito a longevidade da bateria.

O grupo desenvolveu um método para revestir esses polissulfetos em nanoesferas usando uma fina camada de dióxido de silício (essencialmente vidro), que mantém o polissulfeto longe do eletrólito enquanto consegue se mover facilmente através dele entre os eletrodos. Com questões como essas sendo constantemente resolvidas por numerosos grupos de pesquisa, o futuro das baterias de lítio-enxofre em nossos telefones está cada dia mais próximo.

Ânodos de metal de lítio chegando a bom termo

Crédito da imagem: SolidEnergy Systems

Se você se lembra do artigo de futurologia da bateria, mencionei como ser capaz de usar metal de lítio como ânodo é o "santo graal" dos materiais dos ânodos devido à capacidade extra que eles trazem.

A SolidEnergy Systems Corp. está exibindo sua bateria de lítio "sem anodo", que substitui essencialmente os grafos normais e os ânodos compostos por um fino ânodo de metal de lítio. Eles afirmam que dobram a densidade de energia em comparação com um ânodo de grafite e 50% em comparação com um ânodo composto de silício.

As mais recentes baterias "sem anodo" afirmam dobrar a densidade de energia do que está no seu telefone agora.

A imagem acima, publicada pela SolidEnergy, ajuda a mostrar uma drástica redução no tamanho, embora eu deva mencionar que é um pouco enganadora. As baterias da Xiaomi e da Samsung são projetadas para serem substituíveis, portanto, teriam uma carcaça plástica adicional e componentes eletrônicos adicionais, como um circuito de carregamento ou mesmo (em algumas baterias da Samsung) uma antena NFC.

No entanto, tendo dito isso, você pode ver a diferença substancial de tamanho entre a bateria interna de 1, 8 Ah do iPhone e a bateria SolidEnergy de 2, 0 Ah no boletim de notícias da BBC.

O que tudo isso significa

Com os principais telefones de vários fabricantes - incluindo o Galaxy S6 da Samsung e o iPhone 6 da Apple - avançando para designs mais finos, a necessidade de baterias mais densas está se tornando ainda maior. Colocar mais energia da bateria em uma área menor também abre a possibilidade de tirar vários dias de uso de aparelhos maiores "phablet", enquanto fornece mais suco para os processadores que desejam muita energia no futuro.

Estamos olhando para um futuro em que será mais fácil do que nunca evitar a temida bateria do smartphone.

E, quando se trata de baterias de lítio-enxofre, o risco reduzido de incêndio devido a curto-circuito ou perfuração deve tornar nossos dispositivos mais seguros e menos perigosos (e dispendiosos) para os fabricantes transportarem.

Combine isso com o progresso recente em direção ao carregamento mais rápido e ao crescimento do carregamento sem fio nos últimos anos, e estamos olhando para um futuro em que será mais fácil do que nunca evitar uma bateria descarregada do smartphone.

Então, quando começaremos a ver essas novas tecnologias disponíveis? A SolidEnergy estima que sua solução "anodeless" chegará ao mercado em 2016, e também estamos olhando para um cronograma semelhante para as baterias Li-S, dados os desenvolvimentos recentes em torno dessa tecnologia. Isso não quer dizer que eles serão enviados em dispositivos móveis reais no próximo ano - no entanto, a revolução na tecnologia de baterias que todos esperávamos não pode estar muito longe.

Mais Futurologia: Leia sobre o futuro da tecnologia para smartphones

Referências

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