【Wired 硬塞】火來水去都不怕,科學家開發出近乎無敵的鋰離子電池

被切割、扭曲、浸水、槍擊、著火都一樣可以正常供電!
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Photo Credit:Shutterstock/達志影像
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原文來自 Wired《Scientists Made a Nearly Invincible Lithium-Ion Battery》,作者 Daniel Oberhaus。 台灣康泰納仕集團授權提供。本文由譯者 Cher Chang 翻譯並經 INSIDE 編審。

因為有了鋰離子電池才有我們現今世界。目前市面上充電型的電子產品,如手機、筆電、乃至於電子菸與電動汽車都是由鋰離子電池供電。雖然這種電池小小的儲電量就很高(high energy density),但鋰離子電池並非完美。其原料的有毒易燃物質意味著任何瑕疵都可能導致電子產品爆炸 。

由 約翰霍普金斯大學應用物理實驗室(Johns Hopkins Applied Physics Laboratory,以下簡稱APL)物理學家領軍的研究群深信一定有更安全的電池。因此過去五年來他們埋首研發的新型鋰離子電池似乎做到無堅不摧的程度。雖說早在2017年馬里蘭大學(University of Maryland)的研究員們就已經發表過一款能在被切割、槍擊、扭曲、浸水過都還能持續供電的新型電池。但在 2017年底,約翰霍普金斯的研究團隊更進一步擴增其防火性能,並將電壓提高到了與電動車用等級的水準。(三星去捶心肝吧!

位於新電池核心的電解液是鋰鹽與抗燃抗爆的柔性可塑材料的混合物。圖片由約翰霍普金斯應用物理實驗室提供。

領導該研究的 APL 資深科學家 Gerasopoulos 表示:「創造堅不可摧的電池,秘訣在於分隔電池的正負兩端的電解液。」使用鋰離子電池時,帶電的鋰顆粒會從陽極(負極)到陰極(正極)穿過電解液中的屏障,並在其中發生化學反應並產生能量。

APL 材料科學計畫經理傑夫·馬蘭奇(Jeff Maranchi)說道,大多數鋰離子電解質都是易燃的鋰鹽和有毒液體的混合物,等同於一個個可能導致災難的「未爆彈」。如果分隔陰極與陽極的可滲透屏障破裂,則會造成短路,並產生大量熱能。當這些熱能撞擊到電池中富氧陰極旁邊的高度易燃的材料(如鋰離子電解液)時,你手中的電子設備就燒起來了

以前水性電池因為電解質主要是水,所以既不易燃又無毒。不過,這種 25 年的老科技其實對現代而言不夠用了。APL 小組發現,只要提高鋰鹽的濃度並將電解液與聚合物(一種像塑料般柔軟的材料)混合,它們可能會將電力從 1.2 伏特提高到 4 伏特,相當於電動車用鋰離子電池等級。

當 Gerasopoulos 和他的同事們將陽極和陰極連接到這種類塑料的電解液上時,創造出前所未有的鋰離子電池。它像隱形眼鏡一樣透明可彎折,同時也無毒抗燃。製造時與使用時都不需要外殼。除此之外,它幾乎可以承受任何形式的破壞。

如影片所示,APL 團隊將設備浸入鹽水中、用剪刀剪、用空氣砲模擬彈道射擊、最後還點火燒。每次極端測試中電池供電都沒有間斷,即使用火燒後,只要把焦掉的部分剪掉之後,還能持續供電 100 小時。

Maranchi 說,新型電解水為基底的電池不僅是實驗室作品,更與不願具名的鋰離子電池製造商們研擬量產,預計兩年內這種前所未有的超強電池就能問市。

有趣的是,這種電池具彈性,除了讓穿戴式科技產品如有神助,甚至還能成為衣服纖維一部分。新型電池的超強韌性也很適合支援軍用與科學實驗相關的產品,例如水中自動駕駛器、無人機、以及衛星等。

儘管如此還是有很多技術面的問題要克服,離如這種水性電池能夠承受的連續充電次數。目前一般智慧型手機大概能夠充電超過 1000 次,但 APL 開發的新型電池充電超過 100 次就開始效能降低。 Gerasopoulos 說,或許微調電解液的化學元素應該可以解決這個問題。

會爆炸的3C科技產品,該是說再見的時候了。


開發者享受 CI/CD 價值!運用 Amazon EKS 整合 GitLab 創建自動化部署

企業如何在 Amazon EKS(Elastic Kubernetes Services)上使用 GitLab 創建自動化部署,減輕人力負擔,提升專案服務運作效率?
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所謂現代化智慧 IT,所有工程師最希望的境界,莫過於只要輕鬆點幾下設定,系統就會自動跑起來,管理者再也不用隨時待命在機台旁邊,從此工作悠哉又快樂!儘管這樣情境還沒到來,但隨著敏捷式開發的流行,除了 DevOps 人員,有越來越多開發者將 CI/CD 概念融入到工作流程當中,例如從 build code、執行 unit test、到部署應用程式。

打造第一個在 AWS 上的應用程式

上述種種反覆步驟自動化執行,也就能提昇服務品質、主動通知開發人員以減輕人力負擔,讓專案服務能持續運作。

其中,GitLab 是執行 CI/CD 常用的工具之一,也是開發者使用程式碼儲存庫的地方。為了讓 GitLab Runner 在雲端快速實踐 CI/CD,《AWS 開發者系列》透過影片分享,如何在 Amazon EKS(Elastic Kubernetes Services)上使用 GitLab 創建自動化部署。

以下節錄工作坊影音內容,幫助開發者快速理解如何運用 Amazon EKS 的高可用性且安全的叢集,將修補、部署節點、更新等關鍵任務,全部做到自動化設定。同時影片也會示範 Amazon EKS 搭配 GitLab 如何展開自動部署,幫助工程團隊實踐 CI/CD 價值。

Amazon EKS 對容器管理輕鬆簡單、維運省時省力

容器化服務越來越興盛,當容器(Container)越來越多,在複雜的微服務(Microservice)系統環境之下,運維團隊的管理成本可能相對會增加不少,為了有效調度容器部署, 導入Kubernetes 無疑是近年企業熱門的話題之一。

建構 Kubernetes Cluster 流主要可區分兩大塊,一是安排容器調度的Control Plane、另一則是容器運行時需要用到的 Worker Node。

Control Plane 裡面涵蓋有儲存狀態的 ETCD、CoController manager 、Scheduler 的調度管理、甚至是操作時進行互動的 APIServer,若是自己創建 的 Kubernetes Cluster ,需要自己安裝這些元件,後續仍需要對 Control Plane 進行相關管理、維護、升級工作。為了減少上述 Components 的繁複維護,在透過 AWS EKS 代管的 Kubernete Control Plane 部可以獲得以下三大好處。

透過 AWS 增加雲端技能 在組織發揮影響力

Amazon EKS 一鍵式部署,展現三大優勢

第一,Amazon EKS代管的 Control Plane實踐了跨AZ的高可用部署,使用者不需要擔心單一節點故障的風險。

第二,Amazon EKS 支持至少四個 Kubernetes版本,持續跟進每季 CNCF 的發佈,同時 EKS 也完全符合上游 CNCF 規範。

第三,部署 Amazon EKS 之後,可直接使用 AWS 平台上現成的服務工具,在安全性管理、網路設定方面,可以做到無縫整合。

最後 AWS 台灣解決方案架構師也提到,若想在容器環境進行 CI/CD 及應用程式的管理,可以進一步透過 IaC 整合部署 Amazon EKS 叢集,透過使用 Console、把 EKS 變成 Cloudformation 的模板、使用 AWS 所開發出來的 eksctl.io、或指令是採用 AWS CDK 可以讓開發者用自身熟悉的語言,在 AWS 平台整合 CI/CD 工具進行維運及部署 EKS。

了解 Amazon EKS 整合 GitLab ,獲得三面向價值

對開發者而言,想把 Amazon EKS 整合到 CI/CD 工具之一的 GitLab 平台上,可以看到那些實際的優勢?

在 DevOps 開發者示範工作坊當中,GitLab 資深解決方案架構師指出,GitLab 使用到 Kubernetes 技術,主要有三種搭配方法,包含 GitLab Server、GitLab Runner、以及創建 Deployment Environment。

本次示範教學會主要聚焦在 GitLab Runner 如何採取 Auto-scaled 方式進行 Build、Test、Package Apps;以及在 Deployment Environment 運用 Kubernetes 技術,做到 Auto Deploy、Review App。

正因為 Amazon EKS 能夠在 DevOps 過程提供所需要的彈性計算資源,幫助開發者在 GitLab 平台上面獲得以下三個層次的優勢:

  • 在 GitLab 內建的部署工作流程當中,自動生成整套 CI/CD 最佳實踐腳本。
  • Review App 過程,從 Merge Request 中可直接訪問應用程式 /App 的 UI 介面,並且根據 Git branch 名稱、專案名稱,自動生成 Review App 的 URL,以及在 Merge 前的最後防線進行 Approval 檢查。
  • 加速 CI/CD 流水線,GitLab Runner 運行時候還可藉由 Amazon EKS Cluster 進行 Auto-scaled 的支援。

Amazon EKS 整合 GitLab ,需要兩大流程

影片最後,GitLab 資深解決方案架構師示範如何把 Amazon EKS 整合至 GitLab 執行 Auto Deploy,主要可分為兩大區塊流程,第一部分聚焦在 Amazon EKS cluster 的設置,第二部分則執行 Auto Deploy 設置。

第一塊可拆分為四個階段,首先教學怎麼創建 EC2 節點的 EKS cluster,第二階段示範把 EKS Cluster 連接到開發者的 GitLab Instance、Group 或 Project,下一步則使用 Cluster Management Project Template 創建一個 Cluster Management Project,以及最後一階段透過 Cluster Management Project 自帶的 Helm Chart,安裝在 Cluster 所需要的內建 App。

第二塊執行 Auto Deploy 設置,針對需要部署的 App 創建一個 GitLab Project,接著再把 gitlab-ci.yml 添加到 Project,並從 Web IDE 選擇及導入 Auto Deploy 的 CI 模版,讓 GitLab 自動生成最佳實踐的整套流水線。

幫助開發者更了解 Amazon EKS 整合 GitLab 的 QA 系列

Q:使用 Amazon EKS 之後,如何更有效率或優化資源去配置 Worker Node 的機器數量,以及如何有效空管開發維運的成本?

A:Kubernetes 除了本身有 HPA(Horizontal Pod Autoscaling)可根據使用程度自動調整資源流量,另外也能延伸使用 AWS Auto Scaling 方案,針對可擴展資源去設定自動擴展管理。另外在成本管控,雖然 Amazon EKS 會收取額外管理費用,但可透過 AWS 平台的 Calculato r計算每個 EKS 的價格,你會發現自動化部署及管理的費用,相對工程師人力的成本更加便宜。

Q:越來越多客戶考慮把現有 Application 變成容器部署,大多是爲了加快部署的效率,那麼變成容器模式之後,對 CI/CD 的工作流程有什麽影響嗎?

A:運用容器技術最直接的效果,可以讓應用程式的環境更一致化,例如 testing 環節、stage production,讓容器避開一些差異問題。至於 CD 部分要 delivery 一些 usage 不太一樣的時候,容器會幫忙做配置,所以 CI/CD 對容器的效益是相輔相成的。

Q: 客戶在開發流程漸漸會把 Infrastructure 變成代碼或文檔,是不是可以把程式碼跟現有的應用程式的 CI/CD 流水線整合在一起,達到一套完整的 CI/CD 部署流程?

A:觀察目前市場作法,主要分成兩個階段去做整體部署。如果規模比較小的團隊,會把 Infrastructure 代碼跟 App 代碼分開,在管理上會比較靈活;如果企業規模比較大,會有另外一個 Infrastructure 團隊來控制部署事情,這種情况之下,APP 的項目會生成一個 APP package,主要做到 delivery 這個階段爲止。而 Infrastructure 的項目會指定把需要版本的文檔,部署到他們的 Kubernetes Cluster。

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