Agham ng Materyales
Maaaring Yumuko na ang mga Screen – Bakit Hindi ang mga Baterya?
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Isa sa mga pinakakadalasang pinag-uusapang punto ng atraksyon sa Mobile World Congress ngayong taon ay ang demonstrasyon ng konsepto ng nababaluktot na telepono ng Motorola. Ang telepono ay maaaring ibalot sa pulso ng isang tao.
Bagaman matagal nang umiiral ang ganap na nababaluktot na mga screen ng telepono, ang konsepto ng telepono ng Motorola – nababaluktot – ay isang klase na hiwalay.
Hindi lamang ito isang full-sized na nababaluktot na smartphone na may kamera, kundi mayroon din itong onboard na generative AI na makakalikha ng color scheme na babagay sa kasuotan ng nagsusuot sa loob ng 10 segundo.
Habang dumarami ang mga nababaluktot na telepono, ngayon ay tatalakayin natin ang senaryo na may kinalaman sa mga baterya. Ang tanong ay, kung ang mga screen ay maaaring yumuko na, bakit hindi ang mga baterya?
Sa isang kamakailang pag-unlad, iniulat ng mga mananaliksik sa ACS Energy Letters ang isang lithium-ion baterya na may ganap na nababaluktot na mga sangkap, kabilang ang isang electrolyte layer na maaaring lumawak ng hanggang 5000%.
Ang maganda sa baterya ay ang mga katangian ng nababaluktot nito ay hindi nakakaapekto sa pagganap ng baterya, dahil kaya nitong panatilihin ang kapasidad ng pag-iimbak ng karga matapos halos 70 charge/discharge cycles.
Sa mga segment sa ibaba, titingnan natin nang mas detalyado ang mga katangian ng bateryang ito.
Nababaluktot at Naka-extend na mga Baterya Upang Bigyan ng Kapangyarihan ang mga Elektronikong Gadget na May Parehong Katangian
Ang kasalukuyang pananaliksik ay isang breakthrough sa larangang ito. Ito ay dahil, hanggang ngayon, ang mga pagsisikap na bumuo ng nababaluktot at naka-extend na mga baterya ay nagtangkang gumamit at samantalahin ang hinabing conductive fabric o matitigas na sangkap na tiniklop sa mga expandable na hugis tulad ng ginagawa sa Japanese paper folding art na origami.
Gayunpaman, may problema ang teknik na ito dahil ang isang tunay na nababaluktot na baterya ay nangangailangan na ito ay elastic sa bawat bahagi nito, kabilang ang mga electrode na kumukuha ng karga at ang mga charge-balancing na sangkap sa gitnang electrolyte layer.
Ngunit wala sa mga prototype na nakita natin hanggang ngayon ang may ganap na elasticity. Sa halip, mayroon silang katamtamang elasticity at nagdudulot ng komplikadong proseso ng pag-assemble, na lalong pinapahina ng limitadong kapasidad ng imbakan ng enerhiya, lalo na kapag ginamit nang mas matagal na may paulit-ulit na pag-charge at pag-discharge.
Ang problema sa hindi epektibong pag-charge ay nagmumula sa mahina na koneksyon sa pagitan ng electrolyte layer at mga electrode. Gayundin, ang fluid electrolyte ay maaaring maging hindi matatag, na nagiging sanhi ng paggalaw nito habang nagbabago ang hugis ng baterya.
Sinuri ng koponan ang mga problemang ito at nakabuo ng mga solusyon.
Mga Inobatibong Solusyon Upang Makamit ang Ganap na Elasticity
Iniisip ng koponan na gamitin ang electrolyte sa isang polymer layer na pinagsama sa pagitan ng dalawang flexible electrode films upang lumikha ng ganap na solid, stretchy na baterya.
Para sa mga electrode, nagdisenyo ang koponan ng estratehiya ng pagkalat ng manipis na film ng conductive paste na naglalaman ng silver nanowires, carbon black, at mga lithium-based na cathode o anode materials sa isang plato.
Sunod, nag-apply sila ng isang layer ng polydimethylsiloxane, isang flexible na materyal na karaniwang ginagamit sa contact lenses, sa ibabaw ng paste.
Sa huli, sa ibabaw ng lahat, naglagay ang mga mananaliksik ng lithium salt, isang lubos na conductive na likido, at mga sangkap upang makagawa ng stretchy polymer.
Kapag lahat ng ito, na naka-stack sa maraming layer, ay na-activate ng liwanag, nagsama-sama ang mga sangkap upang bumuo ng isang solid, rubbery na layer na maaaring mag-extend hanggang 5000% ng orihinal nitong haba nang walang problema sa pag-transport ng lithium ions.
Ang buong aparato ay sinelyohan ng isang protective coating, at ang stack, tulad ng nabanggit kanina, ay naglaman ng karagdagang layer ng electrode film.
Inihambing ng mga mananaliksik ang kanilang solusyon sa mga umiiral nang solusyon sa merkado na naglalayong makamit ang parehong layunin. Ang mga resulta ng paghahambing ay ang mga sumusunod:
Paghahambing sa Bagong Solid, Stretchy na Disenyo ng Baterya sa mga Device na Pinapagana ng Tradisyonal na Liquid Electrolyte
- Ang bagong bersyon ay nag-alok ng anim na beses na mas mataas na average charge capacity na may mabilis na charging rate.
- Ang bagong solusyon ay maaaring mapanatili ang pinataas na katatagan habang gumagana sa loob ng 67 charging at discharging cycles.
- Ang polymer electrolyte ay nag-operate nang matatag sa higit 1000 cycles, na may pagbaba ng kapasidad ng 1% sa unang 30 cycles. Sa isang liquid electrolyte solution, ang pagbaba ay umabot hanggang 16%.
Naniniwala ang mga mananaliksik na habang marami pang dapat makamit, ang pananaliksik at ang mga resulta nito ay isang lubos na positibo at promising na hakbang pasulong sa paglikha ng mga wearable o implantable na device na yumuyuko at gumagalaw kasama ang katawan.
Habang palaging kumikilos ang mga institusyong pananaliksik bilang mga pioneering agent para sa anumang industriya na umunlad sa paglipas ng panahon, hindi lahat ng inobasyon ay praktikal para sa totoong aplikasyon. Kailangan ng mga inobasyon ng elemento ng applicability, at kailangan din nilang maging conducive sa adoption sa isang scaled-up operational paradigm.
Noong 2019, isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa Johns Hopkins Applied Physics Laboratory ang nag-develop ng isang flexible lithium-ion baterya na maaaring mag-operate sa ilalim ng matinding kondisyon tulad ng pagputol, paglubog, at simulated ballistic impact. Tiniyak din ng mga mananaliksik na ang mga baterya ay hindi nasusunog.
\”Water-In-Salt\” At \”Water-In-Bisalt\” na mga Electrolyte Para sa Flexible na Hindi Nasusunog na mga Baterya
Nagbigay ang mga mananaliksik ng mga bagong insight sa pamamagitan ng pagtuklas ng isang bagong klase ng \”water-in-salt\” at \”water-in-bisalt\” na mga electrolyte—tinukoy bilang WiS at WiBS—na, kapag isinama sa isang polymer matrix, ay maaaring magpababa ng water activity at itaas ang energy capabilities at life cycle ng baterya.
Kasabay nito, pinalaya ng mekanismo ang setup ng baterya mula sa flammability, toxicity, at highly reactive solvents na naroroon sa mga ito. Ang resulta ay sa anyo ng isang flexible na baterya na ligtas at malakas.
Ayon kay Konstantinos Gerasopoulos ng Research and Exploratory Development Department ng APL, na nanguna rin sa pananaliksik:
“Ang mga Li-ion baterya ay palaging naroroon sa ating pang-araw-araw na buhay, mula sa ating mga telepono hanggang sa ating mga sasakyan, at ang patuloy na pagpapabuti ng kanilang kaligtasan ay napakahalaga upang higit pang paunlarin ang teknolohiya ng energy storage.”
Ipinaliwanag ang kahalagahan ng pananaliksik, sinabi niya:
“Ipinapakita ng aming kamakailang papel ang pinahusay na usability at performance ng water-based flexible polymer Li-ion baterya na maaaring buuin at patakbuhin sa bukas na hangin.”
Habang nag-aalok ang patuloy na pananaliksik ng maraming breakthroughs, may ilang kumpanya rin na patuloy na gumagawa ng flexible na mga baterya para sa mga elektronikong item.
#1. Samsung
Mahigit apat na taon na ang nakalipas, isang patent na idinagdag sa World Intellectual Property Office (WIPO) database ang nagpakita na ang Samsung ay nakabuo ng foldable na baterya upang magbigay ng kapangyarihan sa mga teleponong katulad nito. Ang patented na baterya ay dinisenyo na may mga layer na nagpayag sa isa sa mga selula nito na kumonekta sa isa pa sa pamamagitan ng isang flexible commissure. Ang flexible na koneksyon na ito ay tumatawid sa hinge portion ng device, na nag-aalis ng pangangailangan para sa dalawang hiwalay na solid na baterya.
Ayon sa ulat, ang patent ay tumutukoy sa paggawa ng mga baterya na maaaring magkasya sa Galaxy Fold-series ng kumpanya. Ang tagumpay ng solusyon sa baterya ay nangangahulugang hindi na kailangang mag-alala ang kumpanya tungkol sa paggawa ng dalawang hiwalay na tradisyunal na komponent. Sa halip, isang selula ang maaaring dumaloy sa susunod sa pamamagitan ng hinge ng device dahil sa konektadong central strip nito.
Ang patent ay nag-claim na ang hinge ay binubuo ng \”base material,\” \”mixture layers,\” at \”insulating separators.\” Ayon sa mga eksperto, pinapayagan ng mekanismong ito ang mga active charge-bearing layer sa mga selula na mag-interact habang napapagana ang telepono sa pamamagitan ng isang unified protection circuit module (PCM) at nakakonekta sa pangunahing board nito.
Ang Samsung Galaxy Z Fold 6 ay nasa merkado na, na nagpapahiwatig na ang teknolohiya ng foldable na baterya ng Samsung ay matagumpay. Ang telepono ay may napakalaking 7.6-inch OLED display at maaaring magpatuloy ng web surfing sa 5G (sa kasong ito, T-Mobile), na may display na nakatakda sa 150 nits ng liwanag ng screen.
Ayon sa isang review ng gadget, ang device ay nag-average ng 10 oras at 35 minuto sa apat na pagsusulit, na nilalampasan ang run times ng Google Pixel Fold (10:21) ngunit nahuhuli sa OnePlus Open (11:31).
Habang nagbibigay ng kanyang opinyon sa kakayahan ng baterya ng Fold series, ang reviewer – sa buod – ay nagsabi:
“Sa pang-araw-araw na paggamit, natagpuan ko na ang Z Fold 6 ay nagbibigay ng medyo matibay na battery life. Sa mixed usage, ang battery indicator ay karaniwang bumababa sa 20% hanggang 25% range ng alas-8 ng gabi, na kung kailan ako na rin kumukuha ng charger. Ngunit talagang nais ko ng mas mahabang staying power sa mga araw na naglalakbay ako o palaging gumagamit ng Slack.”
Sa kabuuan, ang pagsusumikap ng Samsung sa foldable, flexible, o nababaluktot na mga baterya ng telepono ay maaaring tawaging isang tagumpay, na may mga pagkakataon ng pagpapabuti tulad ng dati.
Sa pananalapi, kamakailan lamang iniulat ng Samsung Electronics ang mga resulta ng pinansyal nitong ulat para sa unang quarter ng 2024, na nagpapakita ng makabuluhang paglago sa iba’t ibang segment. Nakamit ng kumpanya ang consolidated revenue na KRW 71.92 trillion ($52.08 bilyon), na may 13% pagtaas kumpara sa parehong panahon noong nakaraang taon. Ang operating profit ay tumaas ng 933% sa KRW 6.61 trillion ($4.78 bilyon), na pangunahing dulot ng matatag na benta sa memory chip at smartphone divisions. Ang smartphone division nito ay nagpakita ng kahanga-hangang resulta, kung saan ang Galaxy S24 series ay malaki ang kontribusyon sa revenue at operating profit.
#2. Jenax
Isa pang kumpanya na nangunguna sa larangan ng nababaluktot o stretchable na mga baterya ay ang Jenax. Isa sa pinaka-inobatibong flagship product nito ay ang J.Flex, ang inobatibo, flexible, solid-state, fast-charging, rechargeable lithium-ion baterya ng Jenax.
Ipinapahayag ng kumpanya na ang kanilang produkto ay maaaring ganap na yumuko at gumalaw kasama ang device nang hindi isinasakripisyo ang kapangyarihan. Sa aplikasyon nito, ang baterya ay sumasaklaw sa malawak na larangan, kabilang ang IT wearables, health at fitness wearables, fashion, at militar.
Ang mga J.Flex baterya ay maaaring yumuko o i-roll upang mapabuti ang flexibility ng susunod na henerasyon ng mga device. Kahit na may patuloy na dynamic na pag-yuko, maaari pa rin itong mag-perform nang pareho ang efficiency at kapasidad tulad ng non-bending baseline level.
Sinusuportahan ng J.Flex ang customization dahil ang isang designer ay maaaring ngayon nang walang pag-aalinlangan mag-isip ng paglikha ng mga bagong hugis at sukat – na hindi dati magagamit – nang hindi isinasakripisyo ang performance. Ang baterya ay sumusunod din sa mga internasyonal na pamantayan upang matiyak ang kaligtasan para sa lahat ng aplikasyon.
I-klik dito para sa listahan ng mga nangungunang stock ng baterya na maaaring pag-invest-an.
Bend it like a Battery: Mga Hinaharap na Trend sa Nababaluktot na Baterya.
Ang dami ng pananaliksik na isinasagawa sa larangang ito ay nagpapakita ng pangakong paglago. Ang mga kumpanya ay patuloy na nagiging inobatibo sa disenyo ng kanilang mga elektronikong gadget. Iniimagine nila ang mga bagong aesthetics, na lumilikha ng pangangailangan para sa bendability, stretchability, at flexibility na mga katangian sa mga baterya na sa huli ay magpapagana sa kanilang mga gadget.
Habang tiningnan na natin ang dalawang pag-aaral na ito na nagdadala ng baton pasulong, magtatapos kami sa talakayan ngayon sa pamamagitan ng pagtingin sa isa pang pag-aaral na maaaring maging puno ng mga aplikasyon sa mga darating na araw. Isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa University of Houston ang nagdisenyo at nag-develop ng prototype ng isang ganap na stretchable fabric-based lithium-ion baterya.
Gumamit ang mga mananaliksik ng conductive silver fabric bilang platform at current collector, na napatunayang isang breakthrough. Habang ipinaliwanag kung ano ang naabot ng pananaliksik at kung ano ang kahalagahan nito, sinabi ni Haleh Ardebili, Bill D. Cook Professor of Mechanical Engineering sa UH, na responsable sa pagdadala ng pananaliksik:
“Mukhang natural na susunod na hakbang ang lumikha at i-integrate ang stretchable na mga baterya sa stretchable na mga device at damit. Isipin ang pag-fold, pag-yuko, o pag-extend ng iyong laptop o telepono sa iyong bulsa o paggamit ng interactive sensors na nakabaon sa ating mga damit na nagmo-monitor ng ating kalusugan.”
Hindi lamang may potensyal ang pananaliksik na buksan ang mga bagong frontier sa paggamit ng mga baterya sa ating pang-araw-araw na buhay, kundi naitama rin nito ang isang pangunahing kahinaan na umiiral noon: ang problema ng rigidity. Tulad ng pananaliksik ng Johns Hopkins noong 2019, binago ng mga mananaliksik ng UH ang matitigas na lithium-ion baterya electrodes tungo sa solid polymer electrolyte wearable, fabric-based, flexible, at stretchable na electrodes.
Ayon kay Ardebili:
“Dapat payagan ng baterya electrode ang paggalaw ng parehong electrons at ions.”
Ang pangangailangang ito ay maaaring matugunan nang epektibo sa paggamit ng hinabing silver fabric dahil maaari itong mag-deform o mag-extend nang mekanikal at magbigay pa rin ng \”electrical conduction pathways necessary for the battery electrode to function well.\”
Habang ang teknolohiya ng baterya ay nasa maagang yugto pa ng testing, malinaw na nakikita ng mga mananaliksik ang aplikasyon nito sa smart space suits, consumer electronics na nakabaon sa kasuotan na nagmo-monitor ng kalusugan ng tao, at mga device na nakikipag-ugnayan sa tao sa iba’t ibang antas. Gayunpaman, tulad ng lahat ng imbensyon, ang pagiging viable nito ay nakadepende rin sa scaling up ng manufacturability, pamamahala ng cost structure, at mga katulad na salik.
Sa mga darating na araw, makakakita tayo ng higit pang inobasyon sa ating mga smartphone. Isa pang lumalawak na larangan ay ang wearable tech na nakatuon sa kalusugan at fitness. Ang fashion at accessories ay mag-iintegrate din ng mga elektronikong elemento.
Lahat ng ito ay magreresulta sa pagtaas ng demand para sa stretchable na mga baterya. Makikita ng mga mananaliksik ang pagtaas ng adoption ng kanilang teknolohiya sa iba’t ibang industriya. Gayunpaman, hindi dapat kalimutan ang mga aspeto ng kaligtasan, longevity, at performance kapag ginagawa ang mga ito.
