Uusi energiasektori on ollut viime aikoina nousujohteinen. Tänään puhumme akkujen ja matkapuhelinakkujen kehityksestä ja toimintaperiaatteista.

1. Akun toimintaperiaate

Laitetta, joka voi suoraan muuntaa kemiallista energiaa, valoenergiaa, lämpöenergiaa jne. sähköenergiaksi, kutsutaan akuksi. Se sisältää kemialliset akut, ydinakut jne., ja se, mitä me yleensä kutsumme paristoiksi, viittaa yleensä kemiallisiin akkuihin.

Käytännön kemialliset paristot jaetaan ensiöparistoihin ja akkuihin. Paristot, joiden kanssa joudumme kosketuksiin jokapäiväisessä elämässämme, ovat pääasiassa akkuja. Akku on ladattava ennen käyttöä, jonka jälkeen se voidaan purkaa. Ladattaessa sähköenergia muunnetaan kemialliseksi energiaksi; purkamisen aikana kemiallinen energia muuttuu sähköenergiaksi.

Kun akku on tyhjä, virta siirtyy positiiviselta elektrodilta negatiiviselle elektrodille ulkoisen piirin kautta. Elektrolyytissä positiiviset ionit ja negatiiviset ionit siirretään vastaavasti elektrodille, ja virta välitetään negatiiviselta elektrodilta positiiviselle elektrodille. Kun akku tyhjenee, kahdessa elektrodissa tapahtuu kemiallinen reaktio ja piiri katkeaa tai tapahtuu kemiallinen reaktio. Kun materiaali on loppunut, purkaminen pysähtyy.

Akun sisällä käytetyistä materiaaleista riippuen akku voi olla ladattava tai ei-ladattava. Jotkut kemialliset reaktiot ovat palautuvia, ja jotkut ovat palautumattomia.

Akun kapasiteetti ja nopeus riippuvat sen materiaalista.

2 Matkapuhelinten akkujen historia

Matkapuhelimen akut voidaan periaatteessa jakaa kolmeen vaiheeseen: Ni-Cd-akku → Ni-MH-akku →

Näiden kolmen vaiheen nimistä voimme nähdä, että akkujen tärkeimmät kemialliset alkuaineet muuttuvat ja akkuihin tulee lisää teknisiä innovaatioita. Voidaan jopa sanoa, että ilman litiumakkuja ei olisi mobiiliälyä elämää nykyään.

Kun matkapuhelimet ilmestyivät ensimmäisen kerran 1980-luvulla, niitä kutsuttiin myös “matkapuhelimiksi”. Nimestä voimme nähdä, että se on valtava. Suurin syy siihen, miksi se on suuri, johtuu sen suuresta akusta.

1990-luvulla ilmestyi Ni-MH-akut, jotka ovat pienempiä ja ympäristöystävällisempiä. Motorolan tähtituote StarTAC käyttää nikkelimetallihydridiakkuja, jotka ovat tarpeeksi pieniä horjuttamaan ihmisten käsitystä. Vuonna 328 julkaistu StarTAC1996 oli maailman ensimmäinen läppäpuhelin, joka painoi vain 87 grammaa.

1990-luvun alussa ilmestyi myös litiumparistoja. Vuonna 1992 Sony toi tuotteisiinsa oman litiumakun, mutta korkean hinnan ja erinomaisen tehon puutteen vuoksi sitä voitiin käyttää vain omissa tuotteissaan. Myöhemmin litiumakkumateriaalien teknologisen innovaation ja valmistustekniikan edistymisen myötä sen kapasiteettia ja kustannuksia on parannettu, ja se on vähitellen voittanut useiden valmistajien suosion. Litiumparistojen aikakausi on virallisesti saapunut.

Litiumparisto ja Nobel-palkinto

Vaikka matkapuhelimien uusiutuminen kehittyy nopeasti, matkapuhelinten akkujen kehitys on suhteellisen hidasta. Tutkimustietojen mukaan akkujen kapasiteetti kasvaa vain 10 % 10 vuoden välein. Matkapuhelinten akkujen kapasiteetin merkittävä kasvattaminen lyhyessä ajassa on lähes mahdotonta, joten myös matkapuhelinakkujen alalla on rajattomat mahdollisuudet ja mahdollisuudet.

Vuoden 2019 kemian Nobel-palkinto myönnettiin professori John Goodenoughille, Stanley Whittinghamille ja tohtori Akira Yoshinolle heidän työstään litiumakkujen alalla. Itse asiassa joka vuosi ennen voittoaan jotkut ihmiset ennustavat, voittaako litiumakut. Litiumparistojen kehityksellä on suuri merkitys ja panos yhteiskunnalle, ja niiden palkinnot ovat ansaittuja.

Lähi-idän sodan ensimmäinen öljykriisi 1970-luvulla sai ihmiset ymmärtämään, kuinka tärkeää on päästä eroon riippuvuudesta öljystä. Uusien energialähteiden käyttöönotto voi korvata öljyn. Myös innostuneet maat ovat luoneet uusia korkeuksia akkujen tutkimukseen ja kehittämiseen. Öljykriisin vaikutuksesta hän toivoo voivansa osallistua vaihtoehtoisten energialähteiden alalla.

Muinaisena alkuaineena, joka tuotettiin alkuräjähdyksen ensimmäisten minuuttien aikana, ruotsalaiset kemistit löysivät litiumin ensimmäisen kerran litiumionien muodossa 19-luvun alussa. Se on erittäin reaktiivinen. Sen heikkous on reaktiivisuudessa, mutta se on myös sen vahvuus.

Kun puhdasta litiumia käytetään anodina akun lataamiseen, syntyy litiumdendriittejä, jotka voivat aiheuttaa oikosulun akussa, tulipalon tai jopa räjähdyksen, mutta tutkijat eivät ole koskaan luopuneet litiumakuista.

Kolme Nobel-palkinnon voittajaa: Stanley Whittingham oli ensimmäinen täysin toimiva litiumakku, joka toimi huoneenlämmössä 1970-luvun alussa ja käytti voimakasta litiumia vapauttamaan ulkoisia elektroneja;

Whittinghamin akku voi tuottaa hieman yli kaksi volttia. Vuonna 1980 Goodenough havaitsi, että kobolttilitiumin käyttö katodissa voi kaksinkertaistaa jännitteen. Hän kaksinkertaisti akun potentiaalin, ja korkean energiatiheyden katodimateriaali on erittäin kevyttä, mutta se voi tehdä vahvemman akun. Hän loi paremmat olosuhteet hyödyllisempien akkujen kehittämiseen;

Vuonna 1985 Akase Yoshino kehitti ensimmäisen kaupallisen robotin. Hän valitsi Goodeneufin käyttämän litiumkobolttihapon katodiksa ja korvasi onnistuneesti litiumlejeeringin hiilellä akun negatiivisena elektrodina. Hän kehitti litiumakun, jolla on vakaa toiminta, kevyt, suuri kapasiteetti, turvallinen vaihto ja huomattavasti pienentynyt itsestään syttymisen riski.

Heidän tutkimuksensa on työstänyt litiumparistot lukemattomiin elektroniikkatuotteisiin, mikä on antanut meille mahdollisuuden nauttia modernista mobiilielämästä. Litiumparistot ovat luoneet sopivat olosuhteet langattomalle, fossiilisista polttoaineista vapaalle uudelle yhteiskunnalle, ja niistä on ollut paljon hyötyä ihmiskunnalle.

Tekniikka ei lopu koskaan

Tuohon aikaan lataus kesti 10 tuntia ja puhuminen 35 minuuttia, mutta nyt matkapuhelimemme toistuvat jatkuvasti. Meillä ei ole latausongelman alaisia ​​pitkään aikaan kuten aiemmin, mutta tekniikka ei ole koskaan pysähtynyt. Tutkimme edelleen suuren kapasiteetin, pienen koon ja pitkän akun keston tietä.

Toistaiseksi litiumakkujen dendriittiongelma kummittelee tutkijoita edelleen kuin aave. Tämän suuren turvallisuusriskin edessä tutkijat kaikkialla maailmassa työskentelevät edelleen lujasti. Goodenough, 90-vuotias Nobel-palkinnon voittaja, on päättäväisesti omistautunut solid-state-akkujen tutkimukselle ja kehitykselle.

Ystävä, mitä mieltä olet uudesta energiasta? Mitkä ovat akkukentän tulevaisuuden näkymät? Mitä odotat tulevaisuuden matkapuhelimilta?

Tervetuloa jättämään viesti keskustelemaan, kiinnitä huomiota mustien aukkojen tieteeseen ja tuo sinulle mielenkiintoisempaa tiedettä.