Die nuwe energiesektor het onlangs gefloreer. Vandag sal ons praat oor die ontwikkeling en werkbeginsels van batterye en selfoonbatterye.

1. Die werkingsbeginsel van die battery

Die toestel wat chemiese energie, ligenergie, hitte-energie, ens. direk in elektriese energie kan omskakel, word ‘n battery genoem. Dit sluit chemiese batterye, kernbatterye, ens. in, en wat ons gewoonlik batterye noem, verwys gewoonlik na chemiese batterye.

Praktiese chemiese batterye word verdeel in primêre batterye en akkumulators. Die batterye waarmee ons in ons daaglikse lewe in aanraking kom, is hoofsaaklik akkumulators. Die battery moet gelaai word voor gebruik, en dan kan dit ontlaai word. Tydens laai word die elektriese energie in chemiese energie omgeskakel; wanneer dit ontlaai word, word die chemiese energie in elektriese energie omgeskakel.

Wanneer die battery ontlaai word, word die stroom van die positiewe elektrode na die negatiewe elektrode deur ‘n eksterne stroombaan oorgedra. In die elektroliet word die positiewe ione en negatiewe ione onderskeidelik na die elektrodes oorgedra, en die stroom word van die negatiewe elektrode na die positiewe elektrode oorgedra. Wanneer die battery ontlaai is, ondergaan die twee elektrodes ‘n chemiese reaksie, en die stroombaan word ontkoppel of ‘n chemiese reaksie vind plaas. Wanneer die materiaal uitgeput is, sal die ontlading stop.

Afhangende van die materiaal wat binne die battery gebruik word, kan die battery herlaaibaar of nie-herlaaibaar wees. Sommige chemiese reaksies is omkeerbaar, en sommige is onomkeerbaar.

Die kapasiteit en spoed van die battery hang af van sy materiaal.

2 Die geskiedenis van selfoonbatterye

Selfoonbatterye kan basies in drie fases verdeel word: Ni-Cd-battery → Ni-MH-battery →

Uit die name van hierdie drie stadiums kan ons sien dat die belangrikste chemiese elemente wat in batterye gebruik word, verander, en daar is meer tegnologiese innovasies in batterye. Ons kan selfs sê dat daar sonder litiumbatterye vandag geen mobiele slim lewe sou wees nie.

Toe selfone die eerste keer in die 1980’s verskyn het, is hulle ook “selfone” genoem. Uit die naam kan ons sien dat dit groot is. Die hoofrede waarom dit groot is, is as gevolg van sy groot battery.

In die 1990’s het Ni-MH-batterye verskyn, wat kleiner en meer omgewingsvriendelik is. Motorola se sterproduk StarTAC gebruik nikkelmetaalhidriedbatterye, wat klein genoeg is om mense se persepsie te ondermyn. Die StarTAC328, wat in 1996 vrygestel is, was die wêreld se eerste flip-foon, wat slegs 87 gram geweeg het.

In die vroeë 1990’s het litiumbatterye ook verskyn. In 1992 het Sony sy eie litiumbattery in sy produkte ingebring, maar weens die hoë prys en gebrek aan uitstekende krag kon dit net in sy eie produkte gebruik word. Daarna, met die tegnologiese innovasie van litiumbatterymateriaal en die vordering van vervaardigingstegnologie, is die kapasiteit en koste daarvan verbeter, en het geleidelik die guns van meer vervaardigers gewen. Die era van litiumbatterye het amptelik aangebreek.

Litiumbattery en die Nobelprys

Alhoewel die vervanging van selfone vinnig ontwikkel, is die ontwikkeling van selfoonbatterye relatief stadig. Volgens opnamedata neem die kapasiteit van batterye net elke 10 jaar met 10% toe. Dit is byna onmoontlik om die kapasiteit van selfoonbatterye in ‘n kort tydperk aansienlik te verhoog, so die veld van selfoonbatterye het ook onbeperkte moontlikhede en potensiaal.

Die 2019 Nobelprys in Chemie is toegeken aan professor John Goodenough, Stanley Whittingham en dr. Akira Yoshino vir hul werk op die gebied van litiumbatterye. Trouens, elke jaar voordat hulle wen, voorspel sommige mense of litiumbatterye sal wen. Die vordering van litiumbatterye het ‘n groot impak en bydrae tot die samelewing, en hul toekennings is welverdiend.

Die eerste oliekrisis van die Midde-Ooste-oorlog in die 1970’s het mense laat besef hoe belangrik dit is om van die afhanklikheid van olie ontslae te raak. Die invoer van nuwe energiebronne kan olie vervang. Ook entoesiastiese lande het nuwe hoogtes geskep in die navorsing en ontwikkeling van batterye. Met die impak van die oliekrisis hoop hy om bydraes op die gebied van alternatiewe energie te lewer.

As ‘n antieke element wat in die eerste paar minute van die Oerknal geproduseer is, is litium die eerste keer in die vroeë 19de eeu deur Sweedse chemici in die vorm van litiumione ontdek. Dit is uiters reaktief. Die swakheid daarvan lê in reaktiwiteit, maar dit is ook sy sterk punte.

Wanneer suiwer litium as ’n anode gebruik word om ’n battery te laai, word litiumdendriete gevorm, wat ’n kortsluiting in die battery kan veroorsaak, ’n brand of selfs ’n ontploffing kan veroorsaak, maar navorsers het nog nooit opgegee met litiumbatterye nie.

Drie Nobelpryswenners: Stanley Whittingham was die eerste ten volle funksionele litiumbattery wat in die vroeë 1970’s by kamertemperatuur gewerk het, met behulp van die kragtige aandrywing van litium om eksterne elektrone vry te stel;

Whittingham se battery kan ‘n bietjie meer as twee volt opwek. In 1980 het Goodenough ontdek dat die gebruik van koballitium in die katode die spanning kan verdubbel. Hy het die potensiaal van die battery verdubbel, en die hoë-energie-digtheid katode materiaal is baie lig, maar dit kan ‘n sterker battery maak. Hy het beter toestande geskep vir die ontwikkeling van meer bruikbare batterye;

In 1985 het Akase Yoshino die eerste kommersiële robot ontwikkel. Hy het die litiumkobaltsuur wat deur Goodeneuf as die katode gebruik is, gekies en die litiumlegering suksesvol vervang met koolstof as die negatiewe elektrode van die battery. Hy het ‘n litiumbattery ontwikkel met stabiele werking, ligte gewig, groot kapasiteit, veilige vervanging en aansienlik verminderde risiko van spontane ontbranding.

Dit is hul navorsing wat litiumbatterye na talle elektroniese produkte gestoot het, wat ons in staat stel om die moderne mobiele lewe te geniet. Litiumbatterye het geskikte toestande geskep vir ‘n draadlose, fossielbrandstofvrye nuwe samelewing, en het die mensdom grootliks bevoordeel.

Tegnologie hou nooit op nie

In daardie dae het dit 10 uur geneem om te laai en 35 minute om te praat, maar nou herhaal ons selfone voortdurend. Ons sal nie vir ‘n lang tyd onderhewig wees aan die laaiprobleem soos in die verlede nie, maar die tegnologie het nog nooit opgehou nie. Ons verken steeds die pad van groot kapasiteit, klein grootte en lang batterylewe.

Tot dusver spook die dendrietprobleem van litiumbatterye steeds navorsers soos ‘n spook. Gekonfronteer met hierdie groot veiligheidsrisiko, werk wetenskaplikes regoor die wêreld steeds hard. Goodenough, die 90-jarige Nobelpryswenner, het hom vasberade gewy aan die navorsing en ontwikkeling van vastestofbatterye.

Vriend, wat dink jy van nuwe energie? Wat is jou vooruitsig vir die toekoms van die batteryveld? Wat is jou verwagtinge vir toekomstige selfone?

Welkom om ‘n boodskap te los om te bespreek, let asseblief op swartgatwetenskap en bring vir jou meer interessante wetenskap.