Futurology 1.1: las baterías más pequeñas y de mayor capacidad están más cerca que nunca

A principios de año en nuestra serie de Futurología de teléfonos inteligentes, discutimos la tecnología detrás de la batería en los teléfonos inteligentes y lo que vendrá en el futuro. Este artículo es una actualización rápida de esa pieza, que analiza algunos de los desarrollos recientes en baterías basadas en la química del litio, como las que alimentan a la gran mayoría de los teléfonos inteligentes.

Echaremos un vistazo más de cerca a lo que reduce la duración de la batería de su teléfono con el tiempo, y cómo las tecnologías de alta capacidad como las baterías de litio azufre y los ánodos de metal de litio están más cerca que nunca de ser prácticas. Únete a nosotros después del descanso.

: Los últimos avances en tecnología de baterías para teléfonos

¿Por qué la capacidad de la batería disminuye con el tiempo?

Crédito de imagen: Centro Conjunto para la Investigación del Almacenamiento de Energía

Un grupo dirigido por el Centro Conjunto para la Investigación del Almacenamiento de Energía en los Estados Unidos logró reunir evidencia sobre los procesos detrás del deterioro de las baterías de litio a lo largo del tiempo. . En mi artículo original, mencioné los crecimientos dendríticos (que se ramifican como un árbol) en los ánodos de metal de litio con el tiempo, lo que reduce la capacidad de la batería.

Deposición de metal de litio en el electrodo de Li-po con el tiempo

Crédito: Centro Conjunto para la Investigación del Almacenamiento de Energía

El equipo desarrolló un nuevo método utilizando STEM (microscopía electrónica de transmisión de barrido, un método para analizar estructuras increíblemente pequeñas) para observar estos depósitos en una batería de polímero de litio a lo largo del tiempo.

El ánodo de una batería de litio es lo que determina la capacidad total, y estos crecimientos interrumpen la eficacia con la que el ánodo puede almacenar iones de litio y, por lo tanto, reduce la capacidad de la batería. También se ha demostrado que estos crecimientos dendríticos de litio metálico pueden ser peligrosos y causar fallas internas que conducen a que la batería se dispare, o incluso peor, explote .

Con estas habilidades innovadoras para observar tales procesos, el equipo ha podido determinar los factores que controlan estos crecimientos que ayudarán a los investigadores en el campo a mejorar la longevidad y la seguridad de las baterías comerciales basadas en litio.

Mejoras en azufre de litio

Crédito de la imagen: Universidad de California.

Ha habido un aumento dramático en el número de artículos publicados sobre tecnología de azufre de litio, y como se explicó anteriormente, la tecnología es vista como la próxima iteración en la tecnología de batería de litio, reemplazando las células de polímero de litio ampliamente adoptadas. Recordar:

El litio-azufre es un reemplazo extremadamente atractivo para las tecnologías actuales, ya que es igual de fácil de producir y tiene una mayor capacidad de carga. Mejor aún, no requiere solventes altamente volátiles que reducen drásticamente el riesgo de incendio por cortocircuitos y pinchazos.

Más información sobre el azufre de litio y otras tecnologías de baterías futuras

Recientemente, un grupo de la Universidad de California resolvió uno de los problemas relacionados con la química del litio-azufre, publicando un artículo sobre él el mes pasado .

A medida que se resuelven los problemas con la longevidad de las baterías de Li-S, la tecnología avanza hacia una realidad práctica.

Durante las reacciones químicas que ocurren en los procesos de carga y descarga, se forman cadenas de polisulfuro. Estas cadenas deben fluir a través del electrolito intacto y aquí es donde radica el problema, el polisulfuro a veces puede disolverse en la solución e impacta en gran medida la duración de la batería.

El grupo desarrolló un método para recubrir estos polisulfuros en nanoesferas usando una capa delgada de dióxido de silicio (esencialmente vidrio), que mantiene el polisulfuro alejado del electrolito mientras puede moverse fácilmente a través de él entre los electrodos. Dado que numerosos grupos de investigación que trabajan arduamente resuelven problemas como estos, el futuro de las baterías de litio-azufre está cada vez más cerca de nuestros teléfonos.

Los ánodos de metal de litio están llegando a buen término

Crédito de imagen: SolidEnergy Systems

Si recuerdas del artículo sobre la futurología de la batería, mencioné cómo poder usar litio metálico como el ánodo es el "santo grial" de los materiales del ánodo debido a la capacidad adicional que aportan.

SolidEnergy Systems Corp. ha estado mostrando su batería de litio "sin ánodo", que esencialmente reemplaza los ánodos normales de grafito y compuesto con un delgado ánodo de metal de litio. Afirman que duplican la densidad de energía en comparación con un ánodo de grafito y 50% en comparación con un ánodo compuesto de silicio.

Las últimas baterías 'sin ánodo' afirman duplicar la densidad de energía de lo que hay en su teléfono en este momento.

La imagen de arriba que SolidEnergy ha publicado ayuda a mostrar la reducción drástica del tamaño, aunque debo mencionar que es un poco engañoso. Tanto las baterías Xiaomi como Samsung están diseñadas para ser reemplazables, por lo que tendrían una carcasa de plástico adicional y componentes electrónicos adicionales, como un circuito de carga o incluso (en algunas baterías Samsung) una antena NFC.

Sin embargo, dicho esto, puede ver la diferencia sustancial de tamaño entre la batería interna de 1.8 Ah del iPhone y la batería de 2.0 Ah SolidEnergy en el informe de noticias de la BBC.

Lo que significa todo

Con los teléfonos emblemáticos de varios fabricantes, incluidos el Galaxy S6 de Samsung y el iPhone 6 de Apple, que avanzan hacia diseños más delgados, la necesidad de baterías más densas es cada vez mayor. Agrupar más energía de la batería en un área más pequeña también abre la posibilidad de obtener varios días de uso de los teléfonos de estilo "phablet" más grandes, al tiempo que proporciona más jugo para los procesadores hambrientos de energía del futuro.

Estamos viendo un futuro en el que será más fácil que nunca evitar la temida batería muerta del teléfono inteligente.

Y cuando se trata de baterías de litio-azufre, el riesgo reducido de incendio por cortocircuito o perforación debe hacer que nuestros dispositivos sean más seguros de usar y menos peligrosos (y costosos) para que los fabricantes los transporten.

Combine esto con el progreso reciente hacia una carga más rápida y el crecimiento de la carga inalámbrica en los últimos años, y estamos viendo un futuro en el que será más fácil que nunca evitar una batería de teléfono inteligente agotada.

Entonces, ¿cuándo comenzaremos a ver estas nuevas tecnologías disponibles? SolidEnergy estima que su solución "sin ánodos" llegará al mercado en 2016, y también estamos buscando un calendario similar para las baterías de Li-S, dados los recientes desarrollos en torno a esta tecnología. Eso no quiere decir que se enviarán en dispositivos móviles reales el próximo año; sin embargo, la revolución en la tecnología de batería que todos hemos estado esperando no puede estar muy lejos.

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Referencias

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