Вы когда-нибудь замечали, что батарейки в электронных устройствах служат уже не так долго, как когда они были новыми?
Международная исследовательская группа под руководством Техасского университета в Остине взялась за эту известную проблему с батареями, называемую деградацией, с изюминкой. Они сосредоточили свою работу на реальных технологиях, которые многие из нас используют ежедневно: беспроводные наушники. Они применили рентгеновские, инфракрасные и другие технологии визуализации, чтобы понять сложность всех технологий, упакованных в эти крошечные устройства, и узнать, почему срок службы их батарей со временем уменьшается.
«Это началось с моих личных наушников; я ношу только правый, и я обнаружил, что через два года левый наушник стал работать намного дольше», — сказал Ицзинь Лю, доцент кафедры машиностроения Walker School of Engineering, который руководил новым исследованием, опубликованным в Advanced Materials . «Поэтому мы решили разобраться в этом и посмотреть, что мы сможем найти».
Они обнаружили, что другие критические компоненты компактного устройства, такие как антенна Bluetooth, микрофоны и схемы, конфликтуют с аккумулятором, создавая сложную микросреду. Эта динамика приводит к температурному градиенту — разным температурам в верхней и нижней части аккумулятора, — что повреждает аккумулятор.
Воздействие реального мира, с множеством различных температур, степеней качества воздуха и других факторов, также играет свою роль. Аккумуляторы часто проектируются для работы в суровых условиях, но частые изменения окружающей среды сами по себе являются вызовом.
Эти результаты, говорят исследователи, иллюстрируют необходимость больше думать о том, как батареи вписываются в реальные устройства, такие как телефоны, ноутбуки и транспортные средства. Как их можно упаковать, чтобы смягчить взаимодействие с потенциально опасными компонентами, и как их можно настроить для различного поведения пользователей?
«Использование устройств по-разному меняет поведение и производительность батареи», — сказал Гуаннань Цянь, первый автор этой статьи и научный сотрудник в лаборатории Лю. «Они могут подвергаться воздействию разных температур; у одного человека разные привычки в зарядке; и у каждого владельца электромобиля свой стиль вождения. Все это имеет значение».
Для проведения экспериментов Лю и его команда тесно сотрудничали с Fire Research Group UT, которую возглавлял инженер-механик Офодике Эзекойе. Они использовали технологию инфракрасной визуализации Эзекойе в дополнение к своей лабораторной рентгеновской технологии в UT Austin и Sigray Inc. Но чтобы получить полную картину, Лю и его команда обратились к некоторым из самых мощных рентгеновских установок на планете.
Они сотрудничали с командами из Стэнфордского источника синхротронного излучения Национальной ускорительной лаборатории SLAC, Национального источника синхротронного излучения II Национальной лаборатории Брукхейвена, Расширенного источника фотонов Аргоннской национальной лаборатории и Европейского центра синхротронного излучения (ESRF) во Франции. Эти национальные и международные учреждения предоставляют исследователям доступ к синхротронным установкам мирового класса, что позволяет им раскрывать скрытую динамику батарей в реальных условиях.
«В лаборатории мы в основном смотрим либо на безупречные и стабильные условия, либо на экстремальные», — сказал Сяоцзин Хуан, физик из Брукхейвенской национальной лаборатории. «По мере того, как мы открываем и разрабатываем новые типы батарей, мы должны понимать разницу между лабораторными условиями и непредсказуемостью реального мира и реагировать соответствующим образом. Рентгеновское изображение может дать ценную информацию для этого».
Лю говорит, что его команда продолжит исследовать работу аккумуляторов в реальных условиях. Эта работа может распространиться на более крупные элементы, такие как аккумуляторы, которые питают наши телефоны, ноутбуки и электромобили.
Контакты, администрация и авторы
