شهد قطاع الطاقة الجديد ازدهارًا مؤخرًا. سنتحدث اليوم عن مبادئ تطوير وعمل البطاريات وبطاريات الهواتف المحمولة.

1. مبدأ عمل البطارية

يُطلق على الجهاز الذي يمكنه تحويل الطاقة الكيميائية والطاقة الضوئية والطاقة الحرارية وما إلى ذلك إلى طاقة كهربائية بشكل مباشر اسم البطارية. وهي تشمل البطاريات الكيميائية والبطاريات النووية وما إلى ذلك ، وما نسميه عادة البطاريات يشير عمومًا إلى البطاريات الكيميائية.

تنقسم البطاريات الكيميائية العملية إلى بطاريات ومراكم أولية. البطاريات التي نتعامل معها في حياتنا اليومية هي في الأساس بطاريات. يجب شحن البطارية قبل الاستخدام ، وبعد ذلك يمكن تفريغها. عند الشحن ، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية ؛ عند التفريغ ، يتم تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.

عندما يتم تفريغ البطارية ، يتم نقل التيار من القطب الموجب إلى القطب السالب من خلال دائرة خارجية. في المنحل بالكهرباء ، تنتقل الأيونات الموجبة والأيونات السالبة على التوالي إلى الأقطاب الكهربائية ، وينتقل التيار من القطب السالب إلى القطب الموجب. عندما يتم تفريغ البطارية ، يخضع القطبان لتفاعل كيميائي ، ويتم فصل الدائرة أو يحدث تفاعل كيميائي. عندما يتم استنفاد المواد ، سيتوقف التفريغ.

اعتمادًا على المواد المستخدمة داخل البطارية ، يمكن أن تكون البطارية قابلة لإعادة الشحن أو غير قابلة لإعادة الشحن. بعض التفاعلات الكيميائية قابلة للعكس وبعضها لا رجوع فيه.

تعتمد سعة البطارية وسرعتها على مادتها.

2 تاريخ بطاريات الهاتف الخليوي

يمكن تقسيم بطاريات الهاتف المحمول بشكل أساسي إلى ثلاث مراحل: بطارية Ni-Cd → بطارية Ni-MH →

من أسماء هذه المراحل الثلاث ، يمكننا أن نرى أن العناصر الكيميائية الرئيسية المستخدمة في البطاريات تتغير ، وهناك المزيد من الابتكارات التكنولوجية في البطاريات. يمكننا حتى القول أنه بدون بطاريات الليثيوم ، لن تكون هناك حياة ذكية متنقلة اليوم.

عندما ظهرت الهواتف المحمولة لأول مرة في الثمانينيات ، كان يطلق عليها أيضًا “الهواتف المحمولة”. من الاسم يمكننا أن نرى أنه ضخم. السبب الرئيسي لكونها كبيرة هو بطاريتها الكبيرة.

في التسعينيات ، ظهرت بطاريات Ni-MH ، وهي أصغر حجمًا وأكثر صداقة للبيئة. منتج StarTAC من Motorola يستخدم بطاريات هيدريد معدن النيكل ، وهي صغيرة بما يكفي لتخريب تصور الناس. كان StarTAC1990 ، الذي تم إصداره في عام 328 ، أول هاتف قابل للطي في العالم ، حيث يزن 1996 جرامًا فقط.

في أوائل التسعينيات ، ظهرت بطاريات الليثيوم أيضًا. في عام 1990 ، أدخلت Sony بطارية الليثيوم الخاصة بها في منتجاتها ، ولكن نظرًا لارتفاع السعر ونقص الطاقة الممتازة ، لا يمكن استخدامها إلا في منتجاتها الخاصة. في وقت لاحق ، مع الابتكار التكنولوجي لمواد بطاريات الليثيوم والتقدم في تكنولوجيا التصنيع ، تم تحسين قدرتها وتكلفتها ، وفازت تدريجياً لصالح المزيد من الشركات المصنعة. وصل عصر بطاريات الليثيوم رسميًا.

بطارية الليثيوم وجائزة نوبل

على الرغم من التطور السريع لاستبدال الهواتف المحمولة ، فإن تطوير بطاريات الهواتف المحمولة بطيء نسبيًا. وفقًا لبيانات المسح ، تزداد سعة البطاريات بنسبة 10٪ فقط كل 10 سنوات. يكاد يكون من المستحيل زيادة سعة بطاريات الهاتف المحمول بشكل كبير في فترة زمنية قصيرة ، وبالتالي فإن مجال بطاريات الهاتف المحمول له أيضًا إمكانيات وإمكانيات غير محدودة.

مُنحت جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2019 لكل من البروفيسور جون جودينو وستانلي ويتينغهام والدكتور أكيرا يوشينو لعملهم في مجال بطاريات الليثيوم. في الواقع ، كل عام قبل فوزهم ، يتوقع بعض الناس ما إذا كانت بطاريات الليثيوم ستفوز. إن التقدم في مجال بطاريات الليثيوم له تأثير كبير ومساهمة كبيرة في المجتمع ، وجوائزها تستحقها بجدارة.

أدت أزمة النفط الأولى في حرب الشرق الأوسط في السبعينيات إلى إدراك الناس أهمية التخلص من الاعتماد على النفط. يمكن أن يحل إدخال مصادر طاقة جديدة محل النفط. كما خلقت الدول المتحمسة آفاقًا جديدة في البحث والتطوير للبطاريات. مع تأثير أزمة النفط ، يأمل في تقديم مساهمات في مجال الطاقة البديلة.

كعنصر قديم تم إنتاجه في الدقائق القليلة الأولى من الانفجار العظيم ، اكتشف الكيميائيون السويديون الليثيوم لأول مرة في شكل أيونات الليثيوم في أوائل القرن التاسع عشر. إنه رد الفعل للغاية. يكمن ضعفها في التفاعلية ، لكنها أيضًا من نقاط قوتها.

عند استخدام الليثيوم النقي كأنود لشحن البطارية ، تتشكل تشعبات الليثيوم ، والتي يمكن أن تتسبب في حدوث ماس كهربائي في البطارية ، أو تسبب حريقًا أو حتى انفجارًا ، لكن الباحثين لم يتخلوا أبدًا عن بطاريات الليثيوم.

ثلاثة فائزين بجائزة نوبل: ستانلي ويتنغهام كان أول بطارية ليثيوم تعمل بكامل طاقتها تعمل في درجة حرارة الغرفة في أوائل السبعينيات ، مستخدمة محرك الليثيوم القوي لإطلاق الإلكترونات الخارجية.

يمكن أن تولد بطارية Whittingham ما يزيد قليلاً عن 1980 فولت. في عام XNUMX ، اكتشف Goodenough أن استخدام الليثيوم الكوبالت في الكاثود يمكن أن يضاعف الجهد. لقد ضاعف إمكانات البطارية ، وكانت مادة الكاثود عالية الكثافة للطاقة خفيفة جدًا ، لكنها يمكن أن تصنع بطارية أقوى. لقد خلق ظروفًا أفضل لتطوير بطاريات أكثر فائدة ؛

في عام 1985 ، طور Akase Yoshino أول روبوت تجاري. اختار حمض الكوبالت الليثيوم الذي يستخدمه Goodeneuf ككاثود ونجح في استبدال سبيكة الليثيوم بالكربون كقطب سالب للبطارية. قام بتطوير بطارية ليثيوم ذات تشغيل مستقر وخفيفة الوزن وسعة كبيرة واستبدال آمن وتقليل مخاطر الاحتراق التلقائي بشكل كبير.

إن أبحاثهم هي التي دفعت بطاريات الليثيوم إلى عدد لا يحصى من المنتجات الإلكترونية ، مما سمح لنا بالاستمتاع بالحياة المتنقلة الحديثة. خلقت بطاريات الليثيوم ظروفًا مناسبة لمجتمع جديد لاسلكي خالٍ من الوقود الأحفوري ، وعادت بالفائدة على البشرية بشكل كبير.

التكنولوجيا لا تتوقف أبدًا

في تلك الأيام ، استغرق الأمر 10 ساعات للشحن و 35 دقيقة للتحدث ، ولكن الآن ، هواتفنا المحمولة تتكرر باستمرار. لن نتعرض لمشكلة الشحن لفترة طويلة كما فعلنا في الماضي ، لكن التكنولوجيا لم تتوقف أبدًا. ما زلنا نستكشف طريق السعة الكبيرة والصغيرة والعمر الطويل للبطارية.

حتى الآن ، لا تزال مشكلة التغصنات في بطاريات الليثيوم تطارد الباحثين مثل الأشباح. في مواجهة هذا الخطر الأمني ​​الكبير ، لا يزال العلماء في جميع أنحاء العالم يعملون بجد. كرس Goodenough ، الحائز على جائزة نوبل البالغ من العمر 90 عامًا ، نفسه بحزم للبحث والتطوير في مجال بطاريات الحالة الصلبة.

صديقي ، ما رأيك في الطاقة الجديدة؟ ما هي نظرتك لمستقبل مجال البطارية؟ ما هي توقعاتك للهواتف المحمولة في المستقبل؟

مرحبًا بك لترك رسالة للمناقشة ، يرجى الانتباه إلى علم الثقب الأسود ، وتجلب لك المزيد من العلوم المثيرة للاهتمام.