Ekranlar Artık Bükülebilir – Piller Neden Değil?

Bu yılki Mobile World Congress’ta en çok konuşulan çekim noktalarından biri, Motorola’nın bükülebilir telefon konseptinin gösterimiydi. Telefon, birinin bileğine sarılabiliyordu.

Tamamen esnek telefon ekranları bir süredir mevcut olmasına rağmen, Motorola’nın konsept telefonu – bükülebilir – ayrı bir sınıftı.

Sadece kamera bulunan tam boyutlu esnek bir akıllı telefon olmakla kalmadı, aynı zamanda giyenin kıyafetine 10 saniye içinde uyan bir renk şeması oluşturabilen yerleşik bir üretken AI’ye sahipti. 

Bükülebilir telefonlar artarken, bugün pillerle ilgili senaryoyu ele alacağız. Soru şu: ekranlar artık bükülebiliyorsa, piller neden bükülemesin?

Son bir gelişmede, ACS Energy Letters’daki araştırmacılar %5000’e kadar genişleyebilen bir elektrolit tabakası dahil olmak üzere tamamen esnek bileşenlere sahip bir lityum iyon batarya rapor etti.

Bataryanın iyi yanı, esnekliğinin özelliklerinin bataryanın performansına zarar vermemesidır; çünkü neredeyse 70 şarj/deşarj döngüsünden sonra bile şarj depolama kapasitesini koruyabiliyor. 

Aşağıdaki bölümlerde, bu bataryanın özelliklerine daha ayrıntılı bakacağız. 

Aynı Özelliklere Sahip Elektronik Cihazları Güçlendirecek Bükülebilir ve Esnek Piller

Mevcut araştırma, bu alanda bir atılım olarak ortaya çıktı. Şu ana kadar, bükülebilir ve esnek piller inşa etme çabaları, dokuma iletken kumaş veya genişleyebilir şekillere katlanmış katı bileşenleri, yapıldığı Japon kağıt katlama sanatı origami’de. 

Ancak bu teknik, gerçekten şekil alabilen bir bataryanın her parçasının esnek olmasını gerektirdiği için bir soruna sahiptir olması, şarj toplayan elektrotlar ve orta elektrolit tabakasındaki şarj dengeleme bileşenleri dahil olmak üzere, her bir parçasının esnek olması gerekir. 

Şimdiye kadar gördüğümüz prototiplerin hiçbiri tam anlamıyla esnekliğe sahip değil. Bunun yerine, orta derecede esnekliğe sahipler ve karmaşık bir montaj süreci gerektiriyorlar; ayrıca, özellikle uzun süreli ve tekrarlayan şarj/deşarj işlemlerinde sınırlı enerji depolama kapasitesiyle daha da kısıtlanıyorlar.

Şarj verimsizliği sorunu, elektrolit tabakası ile elektrotlar arasındaki zayıf bağlantıdan kaynaklanıyor. Ayrıca, sıvı elektrolit, bataryanın şekil değiştirmesiyle hareket edebileceği için kararsız olabilir. 

Ekip bu sorunları inceledi ve çözümler geliştirdi.

Tam Esnekliği Sağlamak İçin Yenilikçi Çözümler

Ekip, elektroliti bir polimer tabakası içinde kullanmayı düşündü iki esnek elektrot film arasında birleştirerek tamamen katı, esnek bir batarya oluşturdu. 

Elektrotlar için ekip, gümüş nanotel, karbon siyahı ve lityum bazlı katot ya da anot malzemeleri içeren ince bir iletken macun tabakasını bir levhaya yayma stratejisi geliştirdi.

Sonra, macunun üzerine, kontakt lenslerde yaygın olarak kullanılan esnek bir malzeme olan polidimetilsiloksan tabakası uyguladılar.

Son olarak, her şeyin üzerine, yüksek iletkenliğe sahip bir sıvı olan lityum tuzu ve esnek bir polimer oluşturmak için gerekli bileşenleri eklediler.

Bu katmanlar ışıkla aktive edildiğinde, bileşenler bir araya gelerek orijinal uzunluğunun %5000’ine kadar uzayabilen, lityum iyonlarını taşıma konusunda sorun yaşamayan katı, kauçuk benzeri bir tabaka oluşturdu.

Tüm cihaz koruyucu bir kaplama ile kapatıldı ve daha önce bahsedildiği gibi, yığına ek bir elektrot film tabakası eklendi.

Araştırmacılar, aynı amacı hedefleyen piyasada mevcut çözümlerle kendi çözümlerini karşılaştırdı. Karşılaştırma sonuçları aşağıdaki gibiydi: 

Yeni Katı, Esnek Batarya Tasarımı ile Geleneksel Sıvı Elektrolitli Cihazlar Arasındaki Karşılaştırma

• Yeni versiyon, hızlı şarj oranı ile ortalama şarj kapasitesini altı kat artırdı. 
• Yeni çözüm, 67 şarj ve deşarj döngüsü sırasında artan stabiliteyi koruyabildi.
• Polimer elektrolit, 1000 döngü boyunca istikrarlı çalıştı; ilk 30 döngüde kapasite %1 azaldı. Sıvı elektrolit çözümünde ise düşüş %16’ya ulaştı. 

Araştırmacılar, hâlâ çok şeyingerçekleştirilebileceğini düşündüklerini ve araştırma ile sonuçlarının, vücutla birlikte esneyen ve hareket eden giyilebilir ya da implante edilebilir cihazlar yaratmada son derece olumlu ve umut verici bir adım olduğunu söylüyor.

Araştırma kurumları, herhangi bir endüstrinin zamanla evrimleşmesinde öncü ajanlar olarak hareket etse de, tüm yenilikler gerçek yaşam uygulamaları için uygulanabilir olmayabilir. Yeniliklerin uygulanabilirlik unsuru taşıması gerekir, ve ayrıca ölçekli bir operasyonel paradigma içinde benimsenmeye elverişli olmaları gerekir.

2019 yılında, başka bir araştırmacı ekibi Johns Hopkins Uygulamalı Fizik Laboratuvarı’ndan, kesme, su altında kalma ve simüle edilmiş balistik darbe gibi aşırı koşullarda çalışabilen esnek bir lityum iyon batarya geliştirdi. Araştırmacılar ayrıca bataryaların yanmaz olmasını sağladı. 

“Su-Tuz içinde” ve “Su-Bisalt içinde” Esnek Yanmaz Piller İçin Elektrolitler

Araştırmacılar, yeni bir sınıf keşfiyle yeni içgörüler sundu \”su-tuz içinde\” ve \”su-bisalt içinde\”\” elektrolitleri—WiS ve WiBS olarak adlandırılan—polimer matrisine dahil edildiğinde su aktivitesini azaltabilir ve bataryanın enerji kapasitesini ve yaşam döngüsünü artırabilir.

Aynı zamanda, mekanizma batarya sistemini yanıcılık, toksisite ve yüksek reaktif çözücülerkaldırdı. Sonuç,şu şekilde güvenli ve güçlü bir esnek bataryaydı. 

APL Araştırma ve Keşif Geliştirme Departmanı’ndan Konstantinos Gerasopoulos’a göre, araştırmayı da yöneten kişi:

“Li-ion piller, telefonlarımızdan arabalarımıza kadar günlük yaşamımızda zaten sürekli bir varlık ve güvenliklerini artırmaya devam etmek, enerji depolama teknolojisinin daha da ilerlemesi için çok önemlidir.”

Araştırmanın önemini açıklarken, şöyle dedi:

“Son makalemiz, açık havada inşa edilebilen ve çalıştırılabilen su bazlı esnek polimer Li-ion pillerin kullanılabilirliğini ve performansını artırdığını gösteriyor.”

Süregelen araştırma birçok atılım sunarken, bazı şirketler deesnek pilleri elektronik ürünler için üretmede tutarlı bir şekilde üretmektedir.

#1. Samsung

Dört yıldan fazla bir süre önce, Dünya Fikri Mülkiyet Ofisi (WIPO) veri tabanına eklenen bir patent,Samsung’ın katlanabilir bir batarya geliştirdiğini aynı tip telefonları güçlendirmek için. Patentli batarya tasarlandı katmanlarla, bir hücresinin esnek bir bağlantı aracılığıyla diğerine bağlanmasını sağladı. Bu esnek bağlantı, cihazın menteşe kısmını geçti ve iki ayrı katı batarya ihtiyacını ortadan kaldırdı. 

Patente göre, şirketin Galaxy Fold serisine. Batarya çözümünün başarısı, şirketin iki ayrı geleneksel bileşen üretmekle uğraşmasına gerek kalmadığı anlamına geliyordu. Bunun yerine, bir hücre, cihazın menteşesindeki bağlayıcı merkezi şerit sayesinde bir sonraki hücreye akabiliyordu.

Patent, menteşenin “temel malzeme”, “karışım katmanları” ve “yalıtıcı ayırıcılar” içerdiğini iddia etti. Uzmanlara göre, mekanizma hücrelerdeki aktif şarj taşıyan katmanların etkileşime girmesine izin verirken, telefonun tek bir koruma devre modülü (PCM) üzerinden güç almasını ve ana kartına bağlanmasını sağladı.

Samsung Galaxy Z Fold 6 zaten piyasada, bu da Samsung’ın katlanabilir batarya teknolojisinin başarılı olduğunu gösteriyor. Telefon, büyük bir 7,6 inç OLED ekrana sahip ve 5G üzerinden kesintisiz web taramasını destekleyebiliyor (bu durumda T-Mobile), ekran parlaklığı 150 nit olarak ayarlanmış.

Cihazın bir incelemesine göre, dört testte ortalama 10 saat 35 dakika sürdü; bu, Google Pixel Fold (10:21) süresini geride bıraktı ancak OnePlus Open (11:31) süresinin gerisinde kaldı. 

Fold serisinin batarya kapasitesi hakkında görüşünü verirken, inceleyici özetle şu yorumu yaptı:

“Günlük kullanımda, Z Fold 6’nın oldukça güçlü bir batarya ömrü sunduğunu gördüm. Karışık kullanımda, batarya göstergesi genellikle akşam 8’de %20-%25 aralığına düşüyor; bu da şarj cihazına uzanmamı gerektiriyor. Ancak seyahat ettiğim ya da sürekli Slack kullandığım günlerde daha uzun bir dayanma süresi isterdim.”

Genel olarak, Samsung’ın katlanabilir, esnek ya da bükülebilir telefon pillerine girişimi bir başarı olarak nitelendirilebilir; iyileştirme şansı her zaman vardırher zaman olduğu gibi.

Finansal açıdan, Samsung Electronics, 2024’ün ilk çeyreği için finansal sonuçlarını yakın zamanda açıkladı ve çeşitli segmentlerde önemli bir büyüme sergiledi. Şirket, birleştirilmiş 71,92 trilyon KRW (52,08 milyar $) gelir elde ederek geçen yılın aynı dönemine göre %13 artış kaydetti. Faaliyet karı, büyük ölçüde bellek çipi ve akıllı telefon bölümlerindeki güçlü satışların etkisiyle %933 artarak 6,61 trilyon KRW (4,78 milyar $) oldu. Akıllı telefon bölümü etkileyici sonuçlar gösterdi; Galaxy S24 serisi, gelir ve faaliyet karına önemli ölçüde katkıda bulundu.

#2. Jenax

Pil bükülebilirliği veya esnekliği alanında öncü çalışmalar yapan bir diğer şirket Jenax’tır. En yenilikçi amiral gemisi ürünlerinden biri J.Flex, Jenax’ın yenilikçi, esnek, katı hal, hızlı şarjlı, şarj edilebilir lityum iyon bataryası.

Şirket, ürününün gücünden ödün vermeden cihazla tamamen bükülebilir ve hareket edebilir olduğunu iddia ediyor. Uygulama açısından, batarya IT giyilebilir cihazları, sağlık ve fitness giyilebilirleri, moda ve askeri alanlar dahil geniş bir sektöre hizmet veriyor. 

J.Flex bataryaları, bir sonraki nesil cihazların esnekliğini artırmak için bükülebilir veya rulo haline getirilebilir. Sürekli dinamik bükülmeye rağmen, bükülmeyen temel seviyedeki verimlilik ve kapasiteyle aynı performansı gösterebilir. 

J.Flex, tasarımcıların artık performanstan ödün vermeden daha önce mevcut olmayan yeni şekil ve boyutlar yaratmasını sağlayarak özelleştirmeyi destekler. Batarya ayrıca tüm uygulamalar için güvenliği sağlamak amacıyla uluslararası standartlara uygundur.

Yatırım yapılabilecek en iyi batarya hisselerinin listesi için buraya tıklayın.

Bir Pil gibi Bükün: Pil Bükülebilirliğinde Gelecek Trendleri. 

Bu alanda yürütülen araştırma hacmi, alanı büyüme açısından umut verici kılıyor. Şirketler, elektronik cihaz tasarımlarında giderek daha yenilikçi oluyor. Yeni estetikler hayal ediyorlar ve sonunda cihazlarını güçlendirecek pillerde bükülebilirlik, esneklenebilirlik ve esneklik özelliklerine olan talebi oluşturuyorlar. 

Zaten iki böyle araştırmaya baktık ileri taşıyan çalışmaları, bugünkü tartışmayı şu şekilde sonlandıracağız: bakarak bir diğerinin dolu olabileceğini gelecek günlerdeki uygulamaları günlerde. Houston Üniversitesi’nden bir araştırmacı ekibi tasarlayıp geliştirdi tamamen esnek, kumaş tabanlı bir lityum iyon batarya prototipi.

Araştırmacılar, iletken gümüş kumaşı platform ve akım toplayıcı olarak kullandılar; bu bir atılım oldu. Araştırmanın neyi başardığını ve önemini açıklarken, UH’de Mekanik Mühendisliği Bill D. Cook Profesörü Haleh Ardebili, araştırmayı yönlendirmekten sorumlu olarak şunları söyledi:

“Esnek bataryaları esnek cihazlar ve giysilerle oluşturup entegre etmek doğal bir sonraki adım gibi göründü. Dizüstü bilgisayarınızı ya da telefonunuzu cebinizde katlamayı, bükmeyi ya da esnetmeyi ya da sağlığımızı izleyen etkileşimli sensörlerin yerleştirildiği giysilerimizi hayal edin.”

Araştırma, bataryaların günlük yaşamımızda kullanımında yeni ufuklar açma potansiyeline sahip olmanın yanı sıra, o zamana kadar var olan temel bir eksikliği de düzeltti: katılık sorunu. Johns Hopkins 2019 araştırması gibi, UH araştırmacıları katı, lityum iyon batarya elektrotlarını katı polimer elektrolitli, giyilebilir, kumaş tabanlı, esnek ve esneklenebilir elektrotlara dönüştürdü.

Ardebili’ye göre:

“Batarya elektrodu, hem elektronların hem de iyonların hareketine izin vermelidir.”

Bu talep, verimli bir şekilde karşılanabilir dokuma gümüş kumaş kullanımıyla, mekanik olarak deformasyon veya esneme sağlayarak batarya elektrodunun iyi çalışması için gerekli “elektrik iletim yollarını” hâlâ sunabilir.

Batarya teknolojisi hâlâ erken test aşamasındayken, araştırmacılar bunun akıllı uzay giysileri, insanların sağlığını izleyen giysilere entegre tüketici elektroniği ve çeşitli seviyelerde insanlarla etkileşen cihazlarda uygulanabilirliğini rahatlıkla hayal edebiliyorlardı. Ancak, tüm icatlar gibi, bu teknolojinin uygulanabilirliği de üretilebilirliğin ölçeklendirilmesi, maliyet yapısının yönetilmesi ve benzeri faktörlere bağlıydı.

Gelecek günlerde, akıllı telefonlarımızda daha fazla yenilik göreceğiz. Bir diğer büyüyen alan, sağlık ve fitness odaklı giyilebilir teknolojidir. Moda ve aksesuarlar da elektronik öğeler içerecek.

Bunların tümü, esnek bataryalara olan talebin artmasına yol açacak. Araştırmacılar, teknolojilerinin çeşitli sektörlerde benimsenmesinin artmasını görecek. Ancak, üretim sırasında güvenlik, uzun ömür ve performans gibi yönlerin unutulmaması gerekir. 

Gelişmiş nanofotoniklerin daha iyi akıllı telefonlar yapmamıza nasıl yardımcı olacağını öğrenmek için buraya tıklayın.