Нова технологија на батерии во носливи уреди
Носивите уреди - како што се паметни часовници, паметни нараквици, безжични слушалки, паметни прстени, па дури и AR очила - станаа дел од современиот животен стил. Ги носиме цел ден за да го следиме нашето здравје, да добиваме известувања, да ги организираме нашите тренинзи, па дури и да вршиме плаќања. Сепак, зад сите овие напредни функции, постои еден фактор што често претставува големо ограничување: батеријата. Малите капацитети, сè поголемите барања за енергија и побарувачката за тенки дизајни ја направија иновацијата на батериите клучна тема во еволуцијата на носивите уреди. Во последниве години, се појавија нови технологии за батерии за да се справат со овие предизвици - од материјали и архитектури на ќелии до методи на полнење.
Зошто е тешко да се развијат носливи батерии?
Батериите за носечките уреди не се исти како оние за мобилните телефони. Носивите уреди бараат батерии кои се лесни, мали, безбедни и способни да работат конзистентно кога се носат на кожата или близу до телото. Внатрешниот простор на уредот е ограничен, додека оптичките сензори (на пр., монитори за отчукувања на срцето), GPS, Bluetooth/Wi-Fi конекцијата, OLED дисплеите и обработката со вештачка интелигенција на уредот трошат енергија. Понатаму, носечките уреди често се носат за време на вежбање, се изложени на потење, промени во температурата и мали удари. Ова значи дека батериите мора да бидат отпорни на услови на животната средина, отпорни на протекување и да имаат добро термичко управување.
Подобрувања во следната генерација на литиум-јонски батерии
Повеќето преносливи уреди денес сè уште користат литиум-јонски (Li-ion) или литиум-полимерни (Li-Po) батерии. Иако оваа технологија може да изгледа „стара“, таа продолжува да се развива. Производителите сега го оптимизираат составот на катодата (на пример, зголемување на содржината на никел во одредени хемикалии) за да ја зголемат густината на енергијата, а истовремено да ја минимизираат деградацијата. Понатаму, подобрувањата во електролитите и адитивите исто така помагаат да се намали формирањето на слоеви што го забрзуваат деградацијата на капацитетот.
Кај преносните уреди, напредокот во литиум-полимедиумските батерии е исто така клучен поради нивната флексибилност. Батериите можат да се направат потенки и да се прилагодат на дизајнот на уредите, максимизирајќи ја употребата на ограничен простор. Како резултат на тоа, некои модерни паметни часовници можат да траат подолго без да се жртвува тенкоста.
Батерии во цврста состојба: побезбедни и потенцијално енергетски погусти
Една од најзборуваните иновации е батеријата во цврста состојба, батерија со цврст електролит (наместо течност или гел). Главната предност на батериите во цврста состојба е безбедноста: ризикот од протекување и можноста за термичко бегство се намалени. Ова е особено релевантно за уреди што се носат на телото.
Освен што се безбедни, уредите во цврста состојба имаат потенцијал да понудат поголема густина на енергија. Ова значи дека во истиот волумен, капацитетот може да биде поголем или уредите може да се направат помали за ист век на траење на батеријата. Сепак, уредите во цврста состојба сè уште се соочуваат со значителни предизвици: трошоци за производство, обем на производство и стабилност на интерфејсот помеѓу цврстиот електролит и електродите. Сепак, многу компании и истражувачки институции продолжуваат да го забрзуваат својот развој, а носливите уреди често се сметаат за соодветна категорија што може да дејствува како „мост“ кон комерцијализација поради нивните релативно мали барања за капацитет во споредба со електричните возила.
Флексибилни батерии и неконвенционални обликувани батерии
Иднината на носливите уреди не е секогаш поврзана со часовниците. Многу иновации доаѓаат во форма на здравствени фластери, паметна облека или уреди што се прилагодуваат на контурите на телото. За ова, флексибилните батерии се клучни. Овие батерии се дизајнирани да бидат свиткани или закривени без драстично губење на перформансите.
Новите пристапи вклучуваат употреба на електроди базирани на композити, полимерни супстрати и дизајни на сегментирани ќелии (на пр., батерии конструирани како „ленти“ или меѓусебно поврзани мали модули). Ова овозможува батериите да се распределуваат низ повеќе делови од уредот, елиминирајќи го оптоварувањето на една точка и подобрувајќи ја ергономијата. Предизвикот е одржување на животниот циклус и обезбедување безбедност кога батеријата е подложена на повторени деформации.
Микробатерии и тенкофилмски батерии за ултра мали уреди
За многу мали носиви уреди како што се паметни прстени, слушни апарати или минијатурни медицински сензори, конвенционалните батерии често се преголеми. Тука микробатериите и тенкофилмските батерии нудат решенија. Тенкофилмските батерии обично се прават од многу тенки слоеви со помош на специјализиран процес на производство. Нивните предности вклучуваат супертенок профил, добра стабилност и можност за интегрирање со одредени електронски компоненти.
Микробатериите се развиваат и за поддршка на уреди на кои им е потребна мала, но конзистентна моќност. Иако нивниот вкупен капацитет не е толку голем како батериите во паметните часовници, нивната системска ефикасност и ниската потрошувачка на енергија ги прават доволни за одредени сценарија на употреба.
Собирање енергија: Носиви уреди што се полнат од околината
Освен подобрувањето на животниот век на батеријата, друга стратегија е да се намали зависноста од полнење преку собирање енергија. Овој концепт користи енергија од околината или од телото на корисникот, како што се:
1. Кинетичка енергија (пиезоелектрично/кинетичко собирање): движењата на рацете или чекорите можат да се претворат во електрична енергија.
2. Топлинска енергија на телото (термоелектрична): температурната разлика помеѓу кожата и околниот воздух може да генерира мали количини на енергија.
3. Светлосна енергија (мини соларни ќелии): малите соларни панели на ременот или на екранот на часовникот можат да помогнат во продолжувањето на животниот век на батеријата.
Во моментов, собирањето енергија обично не е доволно за целосно да се заменат батериите, но може да биде многу корисно за забавување на деградацијата на енергијата и продолжување на животниот век на батеријата. Кај уредите со мала потрошувачка на енергија, овој пристап може дури и да овозможи употреба „близу нула“, особено кога се комбинира со интелигентно управување со енергијата.
Побрзо и поудобно полнење
Новата технологија на батерии е исто така поткрепена со напредокот во полнењето. Носивите уреди генерално користат магнетни док-полнила или безжично полнење. Растечки тренд е побрзо полнење со строга контрола на температурата за да се спречи прегревање на малите батерии. Понатаму, се преземаат напори за подобрување на ефикасноста на безжичното полнење за да се намали отпадот од енергија.
Некои идни концепти вклучуваат полнење од близина на биро или во футрола за слушалки, како и интегрирање на полнењето во додатоци како што се нараквиците за часовник. Практичноста на полнењето е клучна бидејќи корисниците на носиви уреди имаат тенденција да не сакаат често да ги вадат своите уреди.
Улогата на вештачката интелигенција и паметното управување со енергијата
Иновациите кај батериите не се сами по себе. Многу подобрувања во животниот век на носивите уреди доаѓаат од попаметно управување со енергијата. Алгоритмите можат да ги предвидат навиките на корисниците, да ја прилагодат брзината на освежување на екранот, да утврдат кога сензорите се активни или да го оптимизираат користењето на GPS и поврзувањето. Со овие техники, батериите со ист капацитет можат да траат значително подолго.
Во иднина, интеграцијата со вештачка интелигенција би можела да оди подалеку, како што е намалување на потрошувачката на енергија додека корисникот спие или прилагодување на интензитетот на здравствените сензори врз основа на квалитетот на сигналот. Комбинацијата од подобар век на траење на батеријата и поефикасна потрошувачка на енергија би довела до значителни подобрувања во корисничкото искуство.
Предизвици: Безбедност, рециклирање и регулатива
Повеќе преносливи уреди значат повеќе мали батерии во оптек. Ова претставува предизвик за рециклирање и е-отпад. Новите технологии за батерии треба да земат предвид поеколошки материјали, ефикасни производствени процеси и дизајни што го олеснуваат поправката или замената на батериите.
Безбедноста е исто така голема грижа. Батериите што се носат на телото мора да имаат повеќе слоеви на заштита: механизам за прекин на струјата, сензори за температура и дизајн на куќиштето што го минимизира ризикот од дефект на ќелиите.
Заклучок
Новите технологии за батерии кај носивите уреди се движат во неколку насоки одеднаш: зголемување на густината на енергијата, зајакнување на безбедноста, воведување флексибилни батерии за нови дизајни, развој на микробатерии за ултра мали уреди и собирање енергија од околината. Батериите во цврста состојба се силен кандидат за иднината поради нивниот потенцијал за безбедност, додека тенкофилмските и флексибилните батерии отвораат можност носивите уреди да станат поинтегрирани со телото. На крајот на краиштата, успехот на иновациите во батериите ќе одреди дали носивите уреди навистина можат да бидат „секогаш вклучени“ без да бараат од корисниците постојано да размислуваат за полнење. Во следните неколку години, веројатно ќе видиме носиви уреди кои се потенки, поудобни, побезбедни и значително подолготрајни - поттикнати од скоковите во технологијата на батерии и сè поинтелигентното управување со енергијата.
Доколку сакате, можам да ја прилагодам оваа статија на научен стил (со референци), популарен стил за блогирање или да се фокусирам на една технологија како што се цврста состојба или собирање енергија.
