بخش انرژی جدید اخیراً رونق گرفته است. امروز در مورد توسعه و اصول کار باتری و باتری تلفن همراه صحبت خواهیم کرد.

1. اصل کار باتری

دستگاهی که بتواند انرژی شیمیایی، انرژی نور، انرژی گرمایی و غیره را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل کند باتری نامیده می شود. این شامل باتری های شیمیایی، باتری های هسته ای و غیره است، و آنچه ما معمولا باتری می نامیم، عموما به باتری های شیمیایی اشاره دارد.

باتری های شیمیایی عملی به باتری های اولیه و انباشته ها تقسیم می شوند. باتری هایی که در زندگی روزمره با آنها در تماس هستیم عمدتاً انباشته کننده هستند. باتری قبل از استفاده باید شارژ شود و سپس می توان آن را تخلیه کرد. هنگام شارژ، انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی تبدیل می شود. هنگام تخلیه، انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

هنگامی که باتری تخلیه می شود، جریان از طریق یک مدار خارجی از الکترود مثبت به الکترود منفی منتقل می شود. در الکترولیت، یون های مثبت و یون های منفی به ترتیب به الکترودها و جریان از الکترود منفی به الکترود مثبت منتقل می شود. هنگامی که باتری تخلیه می شود، دو الکترود تحت یک واکنش شیمیایی قرار می گیرند و مدار قطع می شود یا یک واکنش شیمیایی رخ می دهد. وقتی مواد تمام شد، ترشح متوقف می شود.

بسته به مواد استفاده شده در داخل باتری، باتری می تواند قابل شارژ یا غیر قابل شارژ باشد. برخی از واکنش های شیمیایی برگشت پذیر و برخی غیر قابل برگشت هستند.

ظرفیت و سرعت باتری به مواد آن بستگی دارد.

2 تاریخچه باتری های تلفن همراه

باتری های تلفن همراه را اساساً می توان به سه مرحله تقسیم کرد: باتری Ni-Cd → باتری Ni-MH →

از نام این سه مرحله می توان دریافت که عناصر شیمیایی اصلی مورد استفاده در باتری ها در حال تغییر هستند و نوآوری های تکنولوژیکی بیشتری در باتری ها وجود دارد. حتی می‌توان گفت که بدون باتری‌های لیتیومی، امروز زندگی هوشمند موبایل وجود نخواهد داشت.

هنگامی که تلفن های همراه برای اولین بار در دهه 1980 ظاهر شدند، آنها را “تلفن همراه” نیز می نامیدند. از نامش می توان فهمید که بزرگ است. دلیل اصلی بزرگ بودن آن به خاطر باتری بزرگ آن است.

در دهه 1990 باتری های Ni-MH ظاهر شدند که کوچکتر و سازگار با محیط زیست هستند. محصول ستاره موتورولا StarTAC از باتری‌های هیدرید فلز نیکل استفاده می‌کند که به اندازه کافی کوچک هستند تا درک مردم را زیر و رو کنند. StarTAC328 که در سال 1996 عرضه شد، اولین تلفن تاشو جهان بود که تنها 87 گرم وزن داشت.

در اوایل دهه 1990، باتری های لیتیومی نیز ظاهر شدند. سونی در سال 1992 باتری لیتیومی خود را وارد محصولات خود کرد اما به دلیل قیمت بالا و نداشتن قدرت عالی تنها در محصولات خود قابل استفاده بود. متعاقباً با نوآوری تکنولوژیکی مواد باتری لیتیومی و پیشرفت تکنولوژی ساخت، ظرفیت و هزینه آن بهبود یافته و به تدریج مورد توجه بیشتر تولیدکنندگان قرار گرفت. عصر باتری های لیتیومی رسما فرا رسیده است.

باتری لیتیومی و جایزه نوبل

اگرچه جایگزینی تلفن های همراه به سرعت در حال توسعه است، توسعه باتری های تلفن همراه نسبتا کند است. بر اساس داده های بررسی، ظرفیت باتری ها هر 10 سال فقط 10 درصد افزایش می یابد. افزایش قابل توجه ظرفیت باتری تلفن همراه در مدت زمان کوتاه تقریباً غیرممکن است، بنابراین حوزه باتری تلفن همراه نیز از امکانات و پتانسیل های نامحدودی برخوردار است.

جایزه نوبل شیمی 2019 به پروفسور جان گودناف، استنلی ویتینگهام و دکتر آکیرا یوشینو برای فعالیت در زمینه باتری های لیتیومی اهدا شد. در واقع، هر سال قبل از برنده شدن، برخی افراد پیش‌بینی می‌کنند که آیا باتری‌های لیتیومی برنده خواهند شد یا خیر. پیشرفت باتری های لیتیومی تاثیر و سهم زیادی در جامعه دارد و جوایز آنها شایسته است.

اولین بحران نفتی جنگ خاورمیانه در دهه 1970 باعث شد مردم به اهمیت رهایی از وابستگی به نفت پی ببرند. ورود منابع جدید انرژی می تواند جایگزین نفت شود. همچنین کشورهای مشتاق، ارتفاعات جدیدی در تحقیق و توسعه باتری ها ایجاد کرده اند. با تاثیر بحران نفت، او امیدوار است در زمینه انرژی های جایگزین مشارکت داشته باشد.

لیتیوم به عنوان یک عنصر باستانی تولید شده در اولین دقایق انفجار بزرگ، اولین بار توسط شیمیدانان سوئدی به شکل یون های لیتیوم در اوایل قرن نوزدهم کشف شد. بسیار واکنش پذیر است. ضعف آن در واکنش پذیری نهفته است، اما همچنین نقاط قوت آن است.

هنگامی که لیتیوم خالص به عنوان آند برای شارژ باتری استفاده می شود، دندریت های لیتیومی تشکیل می شود که می تواند باعث اتصال کوتاه در باتری، آتش سوزی یا حتی انفجار شود، اما محققان هرگز از باتری های لیتیومی دست برنداشته اند.

سه برنده جایزه نوبل: استنلی ویتینگهام اولین باتری لیتیومی کاملاً کاربردی بود که در اوایل دهه 1970 در دمای اتاق کار می کرد و از نیروی محرکه قدرتمند لیتیوم برای آزاد کردن الکترون های خارجی استفاده می کرد.

باتری ویتینگهام می تواند کمی بیش از دو ولت تولید کند. در سال 1980 گودناف کشف کرد که استفاده از لیتیوم کبالت در کاتد می تواند ولتاژ را دو برابر کند. او پتانسیل باتری را دو برابر کرد و ماده کاتدی با چگالی بالا بسیار سبک است، اما می تواند باتری قوی تری بسازد. او شرایط بهتری را برای توسعه باتری های مفیدتر ایجاد کرد.

در سال 1985، آکاسه یوشینو اولین ربات تجاری را توسعه داد. او اسید لیتیوم کبالت مورد استفاده گودنف را به عنوان کاتد انتخاب کرد و با موفقیت آلیاژ لیتیوم را با کربن به عنوان الکترود منفی باتری جایگزین کرد. او یک باتری لیتیومی با عملکرد پایدار، وزن سبک، ظرفیت زیاد، جایگزینی ایمن و کاهش خطر احتراق خود به خودی ساخت.

این تحقیقات آنهاست که باتری های لیتیومی را به محصولات الکترونیکی بی شماری سوق داده است و به ما امکان می دهد از زندگی مدرن تلفن همراه لذت ببریم. باتری‌های لیتیومی شرایط مناسبی را برای یک جامعه جدید بی‌سیم و بدون سوخت فسیلی ایجاد کرده‌اند و برای بشر بسیار مفید است.

فناوری هرگز متوقف نمی شود

آن روزها شارژ شدن 10 ساعت و مکالمه 35 دقیقه زمان می برد، اما اکنون تلفن های همراه ما مدام در حال تکرار هستند. ما برای مدت طولانی مانند گذشته در معرض مشکل شارژ قرار نخواهیم داشت، اما این فناوری هرگز متوقف نشده است. ما هنوز در حال بررسی جاده ای با ظرفیت زیاد، اندازه کوچک و عمر باتری طولانی هستیم.

تاکنون، مشکل دندریت باتری‌های لیتیومی همچنان مانند یک روح محققان را آزار می‌دهد. در مواجهه با این خطر امنیتی بزرگ، دانشمندان در سراسر جهان هنوز به سختی کار می کنند. گودیناف، برنده 90 ساله جایزه نوبل، قاطعانه خود را وقف تحقیق و توسعه باتری های حالت جامد کرده است.

دوست عزیز نظر شما در مورد انرژی جدید چیست؟ چشم انداز شما برای آینده حوزه باتری چیست؟ انتظارات شما از تلفن های همراه آینده چیست؟

به گذاشتن پیام برای بحث خوش آمدید، لطفا به علم سیاهچاله توجه کنید و علم جالب تری را برای شما بیاورید.