وتستخدم بطاريات الليثيوم مختلفة على نطاق واسع في الأجهزة المحمولة الحديثة، ولديها خفيفة الوزن، وكفاءة عالية، ويمكن البطاريات كثافة الطاقة المرتفعة لا تتطابق مع عدد من المزايا الأخرى.

ومع ذلك، فإن أوجه القصور الكامنة في التصميم التقليدي بطارية ليثيوم وعملية التصنيع جعل حتما بطاريات الليثيوم يعانون من مشاكل السلامة. بفضل رقاقة تكنولوجيا التصنيع، وEnovix تصميم أفضل أداء للبطارية الليثيوم الحالية، ومن المتوقع أن تغيير كامل صناعة البطاريات الليثيوم التكنولوجيا تصنيع البطارية.

الليثيوم هو القوة الرئيسية من الثورة الرقمية الحديثة. وقد استخدم على نطاق واسع في الهواتف النقالة، الأجهزة الإلكترونية المحمولة في سلسلة من أجهزة الكمبيوتر المحمولة والسيارات وغيرها، هي واحدة من أكثر رواجا بعد نظام تخزين الطاقة التجارية.

مقارنة كيمياء بطارية أخرى، ضوء الليثيوم الوزن، ارتفاع كثافة الطاقة ، وبالتالي يمكن وضع كمية في مجموعة متنوعة من تكون حديثة الأجهزة الصغيرة جدا النقالة المحمولة. إذا كان هناك أي بطارية الليثيوم، لذلك ليس هناك الهواتف الحديثة المتطورة الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة المستقبل، والسيارات الكهربائية، هي مدعاة للقلق.

منذ تسويق بطاريات الليثيوم، وعلى الرغم من أنه كان ناجحا جدا في مجال الأعمال التجارية، ولكن لا يزال لديه عيوب كبيرة: التكلفة لا تزال مرتفعة، غير مستقرة في درجات حرارة عالية، يمكن أن تنفجر أو تسبب حريقا وهلم جرا.

العام الماضي سلسلة من الحرائق بطارية الليثيوم، والحوادث المتعلقة الانفجار: أحرقت أجهزة الكمبيوتر المحمولة، وألغيت الرحلات الجوية، علقت النار لوح التزلج في العمل. في الولايات المتحدة، ذكر لبطاريات الليثيوم اشتعلت فيها النيران العام الماضي سامسونج تصل قيمته الى 5 مليارات $ غالاكسي ملاحظة 7 الهواتف الذكية، وعلقت استمرار استخدام هذا النموذج، الأمر الذي يجعل القيمة سامسونج في السوق بنسبة المليارات من الدولارات.

بعد اختبار بضعة أشهر، أعلنت شركة سامسونج في يناير من هذا العام، وهذه فشل أساسا من تصميم بطارية ليثيوم . التقليدية تصميم بطارية ليثيوم نشأت في سياق تاريخي معين، ولكن اليوم يمكننا أن نكون باستخدام رقاقة عملية التصنيع لتحسين مستوى الإنتاج لتصنيع بطارية ليثيوم .

وقالت شركات Enovix في ولاية كاليفورنيا أنها يمكن أن تنتج في السوق هو أصغر من الحجم الحالي، وبطاريات الليثيوم أرخص وأكثر أمانا.

FIG | عرض المقاطع من السيليكون بطارية ليثيوم النموذج Enovix

Enovix تأسست في عام 2007، وادي السليكون بدء تمويل من عدة شركات رأس المال الاستثماري. البند الأول من الشركة التي يمكن استخدامها لدراسة ما إذا كان الجرافيت والمواد الأنود بدلا من السيليكون بطارية ليثيوم قابلة للشحن.

في عام 2012، كانت الشركة قد بدأت الإنتاج من بطاريات الليثيوم التقليدية لديها كثافة طاقة أعلى، والاستثمار الاستراتيجي في شركة إنتل، كوالكوم والسرو أشباه الموصلات، وبدأت في وضع أنظمة ارتفاع حجم الانتاج من حيث التكلفة المنخفضة لل.

التقليدية عملية تصميم بطارية الليثيوم نشأت في إنتاج سوني الشريط:

- وهي مغلفة شريط ممغنط مع الطين على ركيزة فيلم من البلاستيك، والمجفف، وقطع إلى شرائح وتدحرجت للاستعداد. إذا تم المغلفة الجص الكيميائية على رقاقة معدنية تم تجفيفها وشرائح، فإنها يمكن أن تشكل القطب.

- ثم، ركائز القطب المتوسطة يقحم غشاء بالكهرباء البوليمر، في حين يسمح لأيونات لا يسمح الإلكترونات بين الأقطاب من خلال Liudong يو.

- وأخيرا، فإن الجرح معا ككل كما السوشي التراص هيكل، الذي يتكون من الجزء الرئيسي من بطارية أسطوانية.

على الرغم من أن هذا التصميم هو عبقري، ولكن إذا كان على هذا الأساس زيادة تحسين أداء البطارية من الصعب جدا . هذا التصميم هو مضيعة للمساحة، والحد من كثافة الطاقة، ولكن أيضا في اختيار المواد وعملية التجميع خطرا أمنيا.

جعلت بطارية Enovix تحسينات كبيرة على هذا: أولا، رقاقة السيليكون باستخدام تقنية ضوئيه على رقاقة السيليكون تصنيع أعمدة، وثانيا، التقليدي الليثيوم الأنود الجرافيت مادة مسامية في سي.

FIG | يفصل الداخلي عرض مستعرضة من بطارية ليثيوم التقليدية، واحباط الأنود البطارية، احباط الكاثود عن طريق غشاء البوليمر، بالارض، ووضعها في السكن المعدني

في بطارية ليثيوم التقليدية تجميعها، والمواد تخزين الطاقة تقتصر على الجزيئات التي تشكل الأنود (القطب السالب) والكاثود (القطب الموجب). عادة، سوف احباط جامع المعادن، المنحل بالكهرباء، والمواد ختم تكون المساحة غير المستخدمة تمثل 40 من إجمالي حجم الخلية، وبالتالي إضاعة حد كبير يقلل من كثافة الطاقة للبطارية.

بطارية Enovix باستخدام السيليكون تقنيات الطباعة التصويرية من صناعة الرقائق، وتنتج الكاثود، أنود وفاصل في 1 مم على رقاقة السيليكون، والذي يخفف كثيرا من مساحة مهدرة. في هذه الخلية، 7 5 من حجم بطارية لتخزين الطاقة هذه الزيادة من قدرة حوالي 25 من البطاريات التقليدية.

وبالمثل، لسعة البطارية معين، سيتم تخفيض البطارية بما يتناسب مع الوزن. حجم عادة البطارية في جهاز محمول القيد أكثر أهمية .

FIG | التغليف كثيفة: هيكل بطارية ليثيوم تضم الكاثود، أنود السيليكون 100 والتوجه فاصل السيراميك، ورتبت بالتناوب على متن طائرة رقيقة بسمك 1 مم، تحسن كبير في كثافة الطاقة البطارية وسلامة المصدر: جان لوك فورتييه

تم دمج القطب القطب السالب في الأمان على رقاقة السيليكون، ولكن أيضا جعل البطارية. عادة، والمواد الكاثود ومختلفة حدود درجة حرارة التشغيل، عندما تتجاوز درجة حرارة التشغيل درجة الحرارة الحرجة، والمواد الكاثود سيتم تلقائيا تتحلل وإطلاق الأكسجين إلى احتراق الدعم.

إذا استمرت هذه العملية، فإنه يمكن أن يسبب الحريق أو الانفجار. وEnovix مقسمة إلى الآلاف من الكاثود مفصولة جزء السيليكون صغيرة من السيليكون موصل حراريا بسرعة، وبالتالي تقليل احتمال اشتعال الانفجار الناجم عن نشر الحرارية.

بطارية الليثيوم باستخدام السيليكون كما أنود يمكن أيضا أن يقلل من خطر الفشل . عادة، قد تحدث عملية تدفق الأيونات من معدن الليثيوم أكسيد الكاثود الجرافيت الأنود (القطب الموجب المواد الأكثر شيوعا في الجهاز المحمول) أيضا في الحوادث، وأيونات الليثيوم الموجودة في الأماكن جرافيت التركيب البلوري شعرية.

ومع ذلك، في التيارات الكبيرة، ونشط مادة الأنود درجات الحرارة بلا أسنان جزئي أو منخفضة للغاية، هي أيونات الليثيوم من المرجح أن يهاجر إلى السطح من الجرافيت. منذ هياكل التغصنات معدن الليثيوم تتراكم، حتى أنه خلال شحن البطارية وتفريغها، والتشعبات أخيرا يخترق الحاجز سوف تنمو وسبب حدوث ماس كهربائي، مما قد يتسبب في نشوب حريق أو انفجار.

وعلاوة على ذلك، فإن التقليدي ارتفاع درجة حرارة بطارية ليثيوم يصبح غير مستقر، وحراريا قد يحدث الفشل المتعمد.

FIG | يسببها حراريا الفشل: بنية تسجيل الشريط تكنولوجيا الإنتاج التقليدية المغناطيسية لإنتاج بطارية ليثيوم، وهيكل هو عرضة لتأثير الحرارة، قد ينتج انفجار أو ظاهرة إطلاق النار، المزيد من عواقب كارثية. تتحلل 3 الحل الكهربائي في الغازات القابلة للاشتعال؛؛ 1. الحرارة المتولدة؛ تدمير طبقة واقية 2 ذوبان الحجاب الحاجز 4، قد تتسبب في حدوث ماس كهربائى، تدمير الكاثود 5، يتم إنشاء الأكسجين المصدر: .... Llustration

السيليكون الأنود ديه ميزة كبيرة أخرى: قدرة محددة تحسنت كثيرا . لبطاريات الليثيوم التقليدية، يتم شحن البطارية، وأيونات الليثيوم استيعاب الأنود الجرافيت شكلت من كربيد الليثيوم (LiC6)؛ تفريغ البطارية، أيونات الليثيوم العودة إلى بالكهرباء، والجرافيت وقدرة محددة النظرية حول 372mAh / ز.

إذا تم استخدام السيليكون كما أنود من بطاريات الليثيوم، والليثيوم، والسيليكون يمكن أن تكون قادرة على تشكيل سبائك Li22Si5 قدرة محددة النظري للبطارية يمكن أن يتحقق جدا كبير 4200mAh / ز.

ومع ذلك، بعد الجرافيت السيليكون، لا يزال بديل مرهقة: بعد الليثيوم تمتص السيليكون، بسرعة توسيع حجم السيليكون ، ما يصل إلى 4 أضعاف حجم الأصلي، وسلامة بنية الخلية التي ستدمر.

بطارية Enovix يحل السيليكون مسامية هذه المشكلة: في عملية الشحن والتفريغ، يتضخم المسام من مسامية السيليكون يصبح أصغر، ولكن لا سبب التوسع في الأنود بأكمله، مما يجعل الخلية البطارية أثناء كرر المسؤول عن التفريغ يمكن الحفاظ على السلامة الهيكلية.

هذه القدرة على السيطرة على توسيع الأنود هي واحدة من المزايا الرئيسية لنظام بطارية Enovix، وأبعد من بطارية ليثيوم أيون التقليدية سوني رائدة في تطوير الهيكل. في ظل نفس الظروف من حيث الحجم، Enovix التقليدية قدرة بطارية ليثيوم تصل إلى 1.5-3 مرات القدرات.

هيكل الخلية شقة مع التصميم بشكل ملحوظ تحسن الأوضاع الأمنية .

فاصل البطارية أفضل . في بطارية ليثيوم التقليدية، وعادة ما تكون مصنوعة فاصل من مادة بلاستيكية أو البوليمر والمواد الحجاب الحاجز يجب أن يكون ما يكفي من المرونة لسهولة المتداول. ومع ذلك، فإن غشاء بلاستيكي وعرضة للفشل في درجات حرارة عالية. ومع ذلك، فإن هذا التصميم خلية مستو يتيح استخدام السيراميك كفاصل، ويزيد من مقاومة للحرارة ويقلل من خطر الفشل.

تبين التجارب أن التحسينات الرئيسية المذكورة أعلاه ليس فقط زيادة قدرة بطاريات الليثيوم، ولكن كما يلغي أساسا من خطر الانفجار والحريق .

جعل Enovix اختبار: سعة بطاريات الليثيوم التقليدية 130mAh بطارية وبطارية ليثيوم زيادة السعر على ملفقة من السليكون 100MAH إلى 250 من طاقتها، ومن ثم إخضاعها للتجربة إبرة القياسية. بطاريات ليثيوم أيون التقليدية النار النهائي، بطاريات ليثيوم أيون والسيليكون لم يبدأ.

وأظهرت تجربة أخرى أن Enovix، في ظل نفس الظروف، وهذه البطارية الليثيوم السيليكون جديدة من بطاريات الليثيوم التقليدية وجود قدرة أعلى.

خريطة | فريمونت، كاليفورنيا محطة تجريبية Enovix: 3D القياسية السليكون الخلايا الشمسية مصدر معدات التصنيع من: شركة Enovix

معظم بطارية تصنيع التكنولوجيا من صناعة تصنيع الرقائق. في الطباعة الحجرية ورقائق السليكون ليست أول تغيير العالم. عند بدء تشغيل الكمبيوتر باستخدام الدوائر المتكاملة، وكانت كل هذه التكنولوجيا لها تأثير عميق على التقدم التكنولوجي.

كما تم استخدام هذه التقنية لإنتاج الثنائيات الباعثة للضوء، وأنابيب أشعة الكاثود، والليزر، وشاشات الفيديو والعديد من المنتجات الأخرى. باستخدام هذه التقنية في صناعة رقائق الكمبيوتر من القدرة على إحداث ثورة في كامل صناعة البطاريات الليثيوم.