Новият енергиен сектор напоследък процъфтява. Днес ще говорим за разработката и принципите на работа на батериите и батериите за мобилни телефони.

1. Принципът на работа на батерията

Устройството, което може директно да преобразува химическа енергия, светлинна енергия, топлинна енергия и др. в електрическа енергия, се нарича батерия. Тя включва химически батерии, ядрени батерии и т.н., а това, което обикновено наричаме батерии, обикновено се отнася до химически батерии.

Практическите химически батерии се делят на първични батерии и акумулатори. Батериите, с които контактуваме в ежедневието си, са предимно акумулатори. Батерията трябва да се зареди преди употреба и след това може да се разреди. При зареждане електрическата енергия се превръща в химическа енергия; при разреждане химическата енергия се превръща в електрическа енергия.

Когато батерията е разредена, токът се прехвърля от положителния електрод към отрицателния електрод чрез външна верига. В електролита положителните йони и отрицателните йони съответно се предават към електродите, а токът се предава от отрицателния електрод към положителния електрод. Когато батерията се разреди, двата електрода претърпяват химическа реакция и веригата се изключва или възниква химическа реакция. Когато материалът е изчерпан, изхвърлянето ще спре.

В зависимост от материалите, използвани вътре в батерията, батерията може да бъде презареждаема или не презареждаема. Някои химични реакции са обратими, а други са необратими.

Капацитетът и скоростта на батерията зависят от нейния материал.

2 Историята на батериите за мобилни телефони

Батериите на мобилни телефони могат основно да бъдат разделени на три етапа: Ni-Cd батерия → Ni-MH батерия →

From the names of these three stages, we can see that the main chemical elements used in batteries are changing, and there are more technological innovations in batteries. We can even say that without lithium batteries, there would be no mobile smart life today.

Когато мобилните телефони се появиха за първи път през 1980-те години на миналия век, те също бяха наричани „мобилни телефони“. От името виждаме, че е огромен. Основната причина да е голям е заради голямата му батерия.

През 1990-те години на миналия век се появяват Ni-MH батерии, които са по-малки и по-екологични. Звездният продукт на Motorola StarTAC използва никел-металхидридни батерии, които са достатъчно малки, за да подкопаят възприятието на хората. StarTAC328, пуснат през 1996 г., беше първият в света флип телефон с тегло само 87 грама.

В началото на 1990-те години се появяват и литиеви батерии. През 1992 г. Sony въвежда собствена литиева батерия в своите продукти, но поради високата цена и липсата на отлична мощност тя може да се използва само в собствените си продукти. Впоследствие, с технологичната иновация на материалите за литиеви батерии и напредъка на производствената технология, нейният капацитет и цена бяха подобрени и постепенно спечелиха благоразположението на повече производители. Ерата на литиевите батерии официално настъпи.

Литиева батерия и Нобелова награда

Въпреки че подмяната на мобилни телефони се развива бързо, развитието на батериите за мобилни телефони е сравнително бавно. Според данните от проучването капацитетът на батериите се увеличава само с 10% на всеки 10 години. Почти невъзможно е значително да се увеличи капацитетът на батериите на мобилни телефони за кратък период от време, така че областта на батериите за мобилни телефони също има неограничени възможности и потенциал.

Нобеловата награда по химия за 2019 г. беше присъдена на професор Джон Гуденаф, Стенли Уитингам и д-р Акира Йошино за работата им в областта на литиевите батерии. Всъщност всяка година, преди да спечелят, някои хора прогнозират дали литиевите батерии ще спечелят. Напредъкът на литиевите батерии има голямо влияние и принос за обществото и техните награди са заслужени.

Първата петролна криза от войната в Близкия изток през 1970-те години на миналия век накара хората да осъзнаят колко е важно да се отърват от зависимостта от петрола. Навлизането на нови енергийни източници може да замени петрола. Също така ентусиазираните страни постигнаха нови висоти в изследванията и развитието на батериите. С въздействието на петролната криза той се надява да даде принос в областта на алтернативната енергия.

Като древен елемент, произведен през първите няколко минути на Големия взрив, литият е открит за първи път от шведски химици под формата на литиеви йони в началото на 19 век. Той е изключително реактивен. Неговата слабост се крие в реактивността, но е и нейните силни страни.

Когато чистият литий се използва като анод за зареждане на батерия, се образуват литиеви дендрити, които могат да причинят късо съединение в батерията, да предизвикат пожар или дори експлозия, но изследователите никога не са се отказвали от литиеви батерии.

Трима носители на Нобелова награда: Стенли Уитингам беше първата напълно функционална литиева батерия, която работеше при стайна температура в началото на 1970-те години, използвайки мощното задвижване на литий за освобождаване на външни електрони;

Батерията на Уитингам може да генерира малко над два волта. През 1980 г. Goodenough открива, че използването на кобалтов литий в катода може да удвои напрежението. Той удвои потенциала на батерията, а катодният материал с висока енергийна плътност е много лек, но може да направи по-здрава батерия. Той създаде по-добри условия за разработване на по-полезни батерии;

През 1985 г. Акасе Йошино разработи първия търговски робот. Той избра литиево-кобалтова киселина, използвана от Goodeneuf като катод и успешно замени литиевата сплав с въглерод като отрицателен електрод на батерията. Той разработи литиева батерия със стабилна работа, леко тегло, голям капацитет, безопасна подмяна и значително намален риск от спонтанно запалване.

Това е тяхното изследване, което тласна литиевите батерии към безброй електронни продукти, което ни позволява да се наслаждаваме на съвременния мобилен живот. Литиевите батерии създадоха подходящи условия за безжично ново общество без изкопаеми горива и донесоха голяма полза за човечеството.

Технологиите никога не спират

В онези дни бяха необходими 10 часа за зареждане и 35 минути за разговор, но сега нашите мобилни телефони непрекъснато се повтарят. Няма да сме обект на проблема с зареждането дълго време, както го правехме в миналото, но технологията никога не е спирала. Все още проучваме пътя с голям капацитет, малък размер и дълъг живот на батерията.

So far, the dendrite problem of lithium batteries still haunts researchers like a ghost. Faced with this major security risk, scientists all over the world are still working hard. Goodenough, the 90-year-old Nobel Prize winner, has resolutely devoted himself to the research and development of solid-state batteries.

Приятелю, какво мислиш за новата енергия? Какви са вашите перспективи за бъдещето на батериите? Какви са очакванията ви за бъдещи мобилни телефони?

Добре дошли, за да оставите съобщение за обсъждане, моля, обърнете внимание на науката за черните дупки и ви донесе по-интересна наука.