Εσωτερική δομή μπαταρίας: μεγάλη χωρητικότητα

Προσβλέπουμε σε μια νέα εποχή ευρείας χρήσης καθαρής ενέργειας. Σε μια εμβληματική σκηνή της εποχής, μπορεί κανείς να δει νέα αυτοκίνητα όπως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα της Tesla να κινούνται στους δρόμους, που δεν τροφοδοτούνται από βενζίνη αλλά από πλήρως φορτισμένες μπαταρίες λιθίου. Τα βενζινάδικα στην πορεία θα αντικατασταθούν από πρατήρια φόρτισης. Τα τελευταία νέα είναι ότι η πόλη της Σαγκάης ανακοίνωσε τώρα μια πολιτική χωρίς άδεια για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα της Tesla και υποστηρίζει την ταχύτερη κατασκευή υπερσυμπιεστών στην Κίνα.

Αλλά το λαμπρό μέλλον μπορεί να θολά από το γεγονός ότι οι μπαταρίες των ηλεκτρικών αυτοκινήτων δεν διαφέρουν τόσο από τις μπαταρίες των κινητών τηλεφώνων. Οι χρήστες κινητών τηλεφώνων συχνά ανησυχούν για τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Τα τηλέφωνα πολλών ανθρώπων είναι γεμάτα το πρωί και όσο πλησιάζει το απόγευμα, καθίσταται απαραίτητο να τα φορτίζετε μία φορά την ημέρα. Οι φορητοί υπολογιστές έχουν το ίδιο πρόβλημα και μπορεί να ξεμείνει από ζουμί σε λίγες ώρες. Η χρησιμότητα των ηλεκτρικών αυτοκινήτων έχει αμφισβητηθεί επειδή δεν ταξιδεύουν αρκετά μακριά για να τρακάρουν και πρέπει να επαναφορτίζονται συχνά. Το μοντέλο της Tesla είναι αυτή τη στιγμή το μοναδικό ηλεκτρικό αυτοκίνητο στην αγορά, κάτι που είναι κατόρθωμα. Το μοντέλο είναι το πιο εντυπωσιακό, με αυτονομία 480 χιλιομέτρων με μία μόνο φόρτιση.

Γιατί δεν διαρκούν οι μπαταρίες; Η ποσότητα ενέργειας που μπορεί να αποθηκεύσει μια ουσία σε ένα δεδομένο χώρο ονομάζεται ενεργειακή πυκνότητα. Η ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας είναι χαμηλή. Όσον αφορά την παραγόμενη ενέργεια ανά κιλό, μπορούμε να χρησιμοποιούμε έως και 50 megajoule βενζίνης την ημέρα, ενώ οι μπαταρίες λιθίου κατά μέσο όρο λιγότερο από 1 megajoule. Άλλοι τύποι μπαταριών περιφέρονται επίσης σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα. Προφανώς, δεν μπορούμε να κάνουμε την μπαταρία άπειρη. Για να αυξήσουμε τη χωρητικότητα της μπαταρίας, μπορούμε μόνο να επικεντρωθούμε στη βελτίωση της ενεργειακής πυκνότητας της μπαταρίας, αλλά υπάρχουν πολλές δυσκολίες. Ποιες είναι οι δυσκολίες με αυτήν την τεχνολογία; Ο δημοσιογράφος πήρε συνέντευξη από τον Liu Run, αναπληρωτή καθηγητή χημείας στο Πανεπιστήμιο Zhejiang, και ανέλυσε το μυστήριο της εσωτερικής δομής της συνήθως χρησιμοποιούμενης μπαταρίας λιθίου (μπαταρία λιθίου για συντομία).

Οι ηλεκτρολύτες είναι πολύ σημαντικοί

Λόγω της μεταφοράς ηλεκτρονίων, η μπαταρία μπορεί να παρέχει ενέργεια. Όταν η μπαταρία είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα, ο διακόπτης είναι απενεργοποιημένος και το ρεύμα είναι ενεργοποιημένο. Σε αυτό το σημείο, τα ηλεκτρόνια διαφεύγουν από το αρνητικό τερματικό και ρέουν μέσω του κυκλώματος προς το θετικό τερματικό. Στη διαδικασία, τα ηλεκτρονικά θα κρατήσουν το τηλέφωνό σας να λειτουργεί, όπως ακριβώς οδηγείτε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο Tesla.

Τα ηλεκτρόνια στις μπαταρίες λιθίου παρέχονται από λίθιο. Εάν γεμίσετε μια μπαταρία με λίθιο, δεν αυξάνεται η ενεργειακή πυκνότητα; Δυστυχώς, για να είναι επαναφορτιζόμενη μια μπαταρία λιθίου, η εσωτερική της δομή πρέπει να αξιολογηθεί ως προς την ειδική ενεργειακή της πυκνότητα. Ο Liu επεσήμανε ότι η εσωτερική δομή των μπαταριών λιθίου περιέχει ηλεκτρολύτες, αρνητικά δεδομένα, θετικά δεδομένα και κενά, καθένα από τα οποία έχει τη δική του ειδική διαδικασία, παίζει μοναδικό ρόλο και είναι απαραίτητο. Αυτή η δομή περιορίζει την ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών ιόντων λιθίου.

Το πρώτο είναι οι ηλεκτρολύτες, οι οποίοι είναι απαραίτητοι αγωγοί στις μπαταρίες. Όταν μια μπαταρία αποφορτίζεται, τα άτομα λιθίου χάνουν τα ηλεκτρόνια τους και γίνονται ιόντα λιθίου, και κατά την επαναφόρτιση, πρέπει να τρέχουν από τη μια άκρη της μπαταρίας στην άλλη και να επιστρέψουν ξανά. είπε ο Λιου. Ο ηλεκτρολύτης διατηρεί τα ιόντα λιθίου, στους βόρειους και νότιους πόλους της μπαταρίας, το κλειδί για τον συνεχή κύκλο της μπαταρίας. Οι ηλεκτρολύτες είναι σαν τα ποτάμια, τα ιόντα λιθίου είναι σαν τα ψάρια. Εάν το ποτάμι είναι στεγνό και τα ψάρια δεν μπορούν να φτάσουν στην άλλη πλευρά, οι μπαταρίες λιθίου δεν θα λειτουργήσουν σωστά.

Η ομορφιά του ηλεκτρολύτη είναι ότι μεταφέρει μόνο ιόντα λιθίου, όχι ηλεκτρόνια, διασφαλίζοντας ότι η μπαταρία αποφορτίζεται μόνο όταν είναι συνδεδεμένο το κύκλωμα. Ταυτόχρονα, τα ιόντα λιθίου, σύμφωνα με τον ηλεκτρολύτη, κινούνται με διατεταγμένο και καλά καθορισμένο τρόπο, άρα τα ηλεκτρόνια κινούνται πάντα προς μία κατεύθυνση, δημιουργώντας ρεύμα.

Σταθεροί θετικοί και αρνητικοί πόλοι

Οι ηλεκτρολύτες δεν παρέχουν ισχύ, αλλά είναι βαρείς και απαραίτητοι για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Γιατί λοιπόν δεν υπάρχουν περισσότερα αρνητικά δεδομένα με βάση τον γραφίτη; Ο γραφίτης, το υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή απαγωγών μολυβιού, δεν είναι υπεύθυνος για την παροχή ηλεκτρονίων. «Αυτό γίνεται για να βεβαιωθείτε ότι ο χρόνος φόρτισης είναι σωστός», είπε ο κ. Liu.