El sector de las nuevas energías ha experimentado un auge recientemente. Hoy hablaremos sobre el desarrollo y los principios de funcionamiento de las baterías y las baterías de los teléfonos móviles.

1. El principio de funcionamiento de la batería.

El dispositivo que puede convertir directamente energía química, energía luminosa, energía térmica, etc. en energía eléctrica se llama batería. Incluye baterías químicas, baterías nucleares, etc., y lo que solemos llamar baterías generalmente se refiere a baterías químicas.

Las baterías químicas prácticas se dividen en baterías primarias y acumuladores. Las baterías con las que entramos en contacto en nuestra vida diaria son principalmente acumuladores. La batería debe cargarse antes de su uso y luego se puede descargar. Al cargar, la energía eléctrica se convierte en energía química; al descargar, la energía química se convierte en energía eléctrica.

Cuando la batería se descarga, la corriente se transfiere del electrodo positivo al electrodo negativo a través de un circuito externo. En el electrolito, los iones positivos y los iones negativos se transmiten respectivamente a los electrodos, y la corriente se transmite desde el electrodo negativo al electrodo positivo. Cuando la batería se descarga, los dos electrodos experimentan una reacción química y el circuito se desconecta o se produce una reacción química. Cuando se agota el material, la descarga se detiene.

Dependiendo de los materiales utilizados dentro de la batería, la batería puede ser recargable o no recargable. Algunas reacciones químicas son reversibles y otras son irreversibles.

La capacidad y la velocidad de la batería dependen de su material.

2 La historia de las baterías de teléfonos móviles

Las baterías de los teléfonos móviles se pueden dividir básicamente en tres etapas: batería Ni-Cd → batería Ni-MH →

A partir de los nombres de estas tres etapas, podemos ver que los principales elementos químicos utilizados en las baterías están cambiando y hay más innovaciones tecnológicas en las baterías. Incluso podemos decir que sin las baterías de litio, hoy en día no habría vida inteligente móvil.

Cuando los teléfonos móviles aparecieron por primera vez en la década de 1980, también se los llamaba “teléfonos móviles”. Por el nombre, podemos ver que es enorme. La principal razón por la que es grande es por su gran batería.

En la década de 1990 aparecieron las baterías Ni-MH, que son más pequeñas y más respetuosas con el medio ambiente. El producto estrella de Motorola, StarTAC, utiliza baterías de hidruro metálico de níquel, que son lo suficientemente pequeñas como para subvertir la percepción de las personas. El StarTAC328, lanzado en 1996, fue el primer teléfono plegable del mundo, con un peso de solo 87 gramos.

A principios de la década de 1990, también aparecieron las baterías de litio. En 1992, Sony introdujo su propia batería de litio en sus productos, pero debido al alto precio y la falta de excelente potencia, solo se podía usar en sus propios productos. Posteriormente, con la innovación tecnológica de los materiales de las baterías de litio y el progreso de la tecnología de fabricación, se ha mejorado su capacidad y costo, y gradualmente se ganó el favor de más fabricantes. La era de las baterías de litio ha llegado oficialmente.

Batería de litio y el premio Nobel

Aunque la sustitución de los teléfonos móviles se está desarrollando rápidamente, el desarrollo de las baterías de los teléfonos móviles es relativamente lento. Según los datos de la encuesta, la capacidad de las baterías solo aumenta un 10% cada 10 años. Es casi imposible aumentar significativamente la capacidad de las baterías de los teléfonos móviles en un corto período de tiempo, por lo que el campo de las baterías de los teléfonos móviles también tiene posibilidades y potenciales ilimitados.

El Premio Nobel de Química 2019 fue otorgado al profesor John Goodenough, Stanley Whittingham y el Dr. Akira Yoshino por su trabajo en el campo de las baterías de litio. De hecho, cada año antes de ganar, algunas personas predicen si las baterías de litio ganarán. El avance de las baterías de litio tiene un gran impacto y aporte a la sociedad, y sus premios son bien merecidos.

La primera crisis del petróleo de la guerra de Oriente Medio en la década de 1970 llevó a la gente a darse cuenta de la importancia de deshacerse de la dependencia del petróleo. El ingreso de nuevas fuentes de energía puede reemplazar al petróleo. También los países entusiastas han creado nuevas alturas en la investigación y el desarrollo de baterías. Con el impacto de la crisis del petróleo, espera hacer aportes en el campo de las energías alternativas.

Como elemento antiguo producido en los primeros minutos del Big Bang, el litio fue descubierto por primera vez por químicos suecos en forma de iones de litio a principios del siglo XIX. Es extremadamente reactivo. Su debilidad radica en la reactividad, pero también lo es en sus puntos fuertes.

Cuando se utiliza litio puro como ánodo para cargar una batería, se forman dendritas de litio, que pueden provocar un cortocircuito en la batería, provocar un incendio o incluso una explosión, pero los investigadores nunca han renunciado a las baterías de litio.

Tres ganadores del Premio Nobel: Stanley Whittingham fue la primera batería de litio completamente funcional que funcionó a temperatura ambiente a principios de la década de 1970, utilizando el poderoso impulso del litio para liberar electrones externos;

La batería de Whittingham puede generar un poco más de dos voltios. En 1980, Goodenough descubrió que el uso de cobalto-litio en el cátodo puede duplicar el voltaje. Duplicó el potencial de la batería y el material del cátodo de alta densidad de energía es muy ligero, pero puede hacer una batería más fuerte. Creó mejores condiciones para el desarrollo de baterías más útiles;

En 1985, Akase Yoshino desarrolló el primer robot comercial. Eligió el ácido de litio y cobalto utilizado por Goodeneuf como cátodo y reemplazó con éxito la aleación de litio con carbono como electrodo negativo de la batería. Desarrolló una batería de litio con funcionamiento estable, peso ligero, gran capacidad, reemplazo seguro y riesgo de combustión espontánea muy reducido.

Es su investigación la que ha llevado las baterías de litio a innumerables productos electrónicos, lo que nos permite disfrutar de la vida móvil moderna. Las baterías de litio han creado las condiciones adecuadas para una nueva sociedad inalámbrica, libre de combustibles fósiles y han beneficiado enormemente a la humanidad.

La tecnología nunca se detiene

En aquellos días, tardaba 10 horas en cargarse y 35 minutos en hablar, pero ahora nuestros teléfonos móviles están en constante iteración. No estaremos sujetos al problema de carga durante mucho tiempo como lo hicimos en el pasado, pero la tecnología nunca se ha detenido. Todavía estamos explorando el camino de la gran capacidad, el tamaño pequeño y la batería de larga duración.

Hasta ahora, el problema de las dendritas de las baterías de litio todavía acecha a los investigadores como un fantasma. Ante este importante riesgo de seguridad, los científicos de todo el mundo siguen trabajando duro. Goodenough, ganador del Premio Nobel de 90 años, se ha dedicado resueltamente a la investigación y el desarrollo de baterías de estado sólido.

Amigo, ¿qué opinas de la nueva energía? ¿Cuál es su perspectiva para el futuro del campo de las baterías? ¿Cuáles son sus expectativas para los futuros teléfonos móviles?

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