未来学1.1：体积更小，容量更大的电池比以往任何时候都更接近

回到今年年初的智能手机未来学系列，我们讨论了智能手机电池背后的技术以及未来的发展方向。 本文是对该文章的快速更新，介绍了基于锂化学的电池的最新发展 - 就像为绝大多数智能手机供电的电池一样。

我们将仔细研究降低手机电池续航时间的因素，以及锂电池和锂金属阳极等高容量技术如何比以往更加贴近实用性。 休息后加入我们。

：手机电池技术的最新突破

为什么电池容量会随着时间的推移而降低

图片来源：能源储存研究联合中心

由美国储能研究联合中心牵头的一个小组成功地收集了锂电池随着时间的推移而变质的证据 。 在我的原始文章中，我提到随着时间的推移，锂金属阳极上的树枝状树枝（像树一样分枝）会增加电池容量。

Li-po电极上的锂金属沉积随着时间的推移

图片来源：储能研究联合中心

该团队开发了一种新方法，使用STEM（扫描透射电子显微镜 - 一种分析难以置信的小结构的方法）来观察锂聚合物电池中的这些沉积物。

锂电池的阳极决定了总容量，这些增长会破坏阳极能够有效储存锂离子的能力，从而降低电池的容量。 还有研究表明，这些锂金属的树枝状生长可能是危险的并导致内部故障，导致电池膨胀，甚至更严重的爆炸 。

凭借这些突破性的观察这些过程的能力，该团队已经能够确定控制这些增长的因素，这将有助于该领域的研究人员改善商用锂电池的寿命和安全性。

锂硫的改进

图片来源：加州大学

关于锂硫技术的已发表论文数量急剧增加，并且如前所述，该技术被视为锂电池技术的下一次迭代，取代了广泛采用的锂聚合物电池。 回顾一下：

锂硫是当前技术的极具吸引力的替代品，因为它易于生产，具有更高的充电容量。 更好的是，它不需要高挥发性溶剂，这大大降低了短路和穿孔引起火灾的风险。

更多关于锂硫和其他未来电池技术

最近，加利福尼亚大学的一个小组解决了锂硫化学问题，上个月发表了一篇论文 。

随着Li-S电池寿命的问题得到解决，该技术进一步朝着实际的方向发展。

在充电和放电过程中发生的化学反应期间，形成多硫化物链。 这些链必须完整地流过电解质，这就是问题所在，多硫化物有时会溶解到溶液中 并极大地影响电池的使用寿命。

该小组开发了一种使用薄的二氧化硅（基本上是玻璃）将这些多硫化物涂覆到纳米球中的方法，该方法使多硫化物远离电解质，同时能够在电极之间容易地通过它。 随着许多努力工作的研究小组不断解决这些问题，我们手机中的锂硫电池的未来每天都在靠近。

锂金属阳极即将实现

图片来源： SolidEnergy Systems

如果你还记得电池未来学的文章，我提到如何使用锂金属作为阳极是阳极材料的“圣杯”，因为它们带来了额外的容量。

SolidEnergy Systems公司一直在展示他们的“无阳极”锂电池，它基本上用普通的石墨和复合阳极取代了薄的锂金属阳极。 他们声称，与石墨阳极相比，它们的能量密度加倍，与硅复合阳极相比，能量密度增加50％。

最新的“无阳极”电池声称现在能够将手机中的能量密度提高一倍。

SolidEnergy发布的上述图片有助于显示尺寸的急剧减少，但我应该提到它有点误导。 小米和三星电池都是可更换的，因此可能会有额外的塑料外壳和额外的电子设备，如充电电路甚至（在某些三星电池中）NFC天线。

然而，话说回来，你可以看到在英国广播公司的新闻报道中iPhone的1.8 Ah内置电池和2.0 Ah SolidEnergy电池组之间存在巨大的差异。

这一切意味着什么

随着几家制造商的旗舰手机 - 包括三星的Galaxy S6和Apple的iPhone 6--推向更薄的设计，对更密集电池的需求变得更大。 将更多的电池电量塞进更小的区域也可以让更大的“平板式”手机使用几天，同时为未来耗电的处理器提供更多的果汁。

我们正在寻找一个避免可怕的死智能手机电池比以往任何时候都更容易的未来。

对于锂硫电池而言，降低短路或穿孔火灾的风险应该使我们的设备使用更安全，并且制造商运输的危险性更小（且成本更高）。

将此与最近几年快速充电和无线充电增长的最新进展相结合，我们正在寻找一个避免智能手机电池耗尽的未来。

那么我们什么时候开始看到这些新技术可用？ SolidEnergy估计其“无阳极”解决方案将于2016年上市，考虑到该技术的最新发展，我们正在考虑类似的Li-S电池时间表。 这并不是说明年它们将在实际的移动设备中出货 - 尽管如此，我们一直在等待的电池技术革命也不会遥远。

更多未来学：了解智能手机技术的未来

参考

1. BL Mehdi，J。Qian，E。Nasybulin，C。Park，DA Welch，R。Faller，H。Mehta，WA Henderson，W。Xu，CM Wang，JE Evans，J。Liu，JG Zhang，KT Mueller，and通过Operando Electrochemical（S）TEM，Nano Letters，2015.15（3）：p。对AA电池中的纳米级过程进行ND褐变，观察和定量。 2168年至2173年。
2. G. Zheng，SW Lee，Z。Liang，H.-W。 Lee，K。Yan，H。Yao，H。Wang，W。Li，S。Chu和Y. Cui，Interconnected hollow carbon nanospheres for stable lithium metal anodes，Nat Nano，2014.9（8）：p。 618-623。
3. B. Campbell，J。Bell，H。Hosseini Bay，Z。Favors，R。Ionescu，CS Ozkan和M. Ozkan，SiO 2涂层硫颗粒，含有轻度还原氧化石墨烯作为锂硫电池的阴极材料，纳米尺度，2015年。
4. Y.Yang，G。Zheng和Y. Cui，Nanostructured sulphur cathode，Chemical Society Reviews，2013。42（7）：p。 3018-3032。
5. W. Li，Q。Zhang，G。Zheng，ZW Seh，H。Yao和Y. Cui，了解不同导电聚合物在改善纳米结构硫阴极性能中的作用，Nano Letters，2013。13（11）：p 。 5534-5540。