Էներգետիկայի նոր ոլորտը վերջին շրջանում վերելք է ապրում։ Այսօր մենք կխոսենք մարտկոցների և բջջային հեռախոսների մարտկոցների մշակման և աշխատանքի սկզբունքների մասին։

1. Մարտկոցի աշխատանքի սկզբունքը

Սարքը, որը կարող է ուղղակիորեն էլեկտրական էներգիայի վերածել քիմիական էներգիան, լույսի էներգիան, ջերմային էներգիան և այլն, կոչվում է մարտկոց։ Այն ներառում է քիմիական մարտկոցներ, միջուկային մարտկոցներ և այլն, և այն, ինչ մենք սովորաբար անվանում ենք մարտկոցներ, ընդհանուր առմամբ վերաբերում է քիմիական մարտկոցներին:

Գործնական քիմիական մարտկոցները բաժանվում են առաջնային մարտկոցների և կուտակիչների: Մարտկոցները, որոնց հետ մենք առօրյայում շփվում ենք, հիմնականում կուտակիչներ են։ Օգտագործելուց առաջ անհրաժեշտ է լիցքավորել մարտկոցը, այնուհետև այն կարելի է լիցքաթափել: Լիցքավորման ժամանակ էլեկտրական էներգիան վերածվում է քիմիական էներգիայի. լիցքաթափելիս քիմիական էներգիան վերածվում է էլեկտրական էներգիայի։

Երբ մարտկոցը լիցքաթափվում է, հոսանքը դրական էլեկտրոդից փոխանցվում է բացասական էլեկտրոդին արտաքին շղթայի միջոցով: Էլեկտրոլիտում դրական իոնները և բացասական իոնները համապատասխանաբար փոխանցվում են էլեկտրոդներին, իսկ հոսանքը բացասական էլեկտրոդից դրական էլեկտրոդին: Երբ մարտկոցը լիցքաթափվում է, երկու էլեկտրոդները ենթարկվում են քիմիական ռեակցիայի, և միացումն անջատվում է կամ տեղի է ունենում քիմիական ռեակցիա: Երբ նյութը սպառվում է, արտահոսքը կդադարի:

Կախված մարտկոցի ներսում օգտագործվող նյութերից, մարտկոցը կարող է լինել վերալիցքավորվող կամ չվերալիցքավորվող: Որոշ քիմիական ռեակցիաներ շրջելի են, իսկ որոշները՝ անշրջելի։

Մարտկոցի հզորությունն ու արագությունը կախված են դրա նյութից։

2 Բջջային հեռախոսների մարտկոցների պատմությունը

Բջջային հեռախոսի մարտկոցները հիմնականում կարելի է բաժանել երեք փուլի՝ Ni-Cd մարտկոց → Ni-MH մարտկոց →

Այս երեք փուլերի անվանումներից մենք կարող ենք տեսնել, որ մարտկոցներում օգտագործվող հիմնական քիմիական տարրերը փոխվում են, և մարտկոցներում ավելի շատ տեխնոլոգիական նորամուծություններ կան։ Կարելի է նույնիսկ ասել, որ առանց լիթիումային մարտկոցների, այսօր չէր լինի շարժական խելացի կյանք։

Երբ բջջային հեռախոսներն առաջին անգամ հայտնվեցին 1980-ականներին, դրանք կոչվում էին նաև «բջջային հեռախոսներ»: Անունից մենք տեսնում ենք, որ այն հսկայական է: Մեծ լինելու հիմնական պատճառը մեծ մարտկոցի պատճառով է:

1990-ականներին հայտնվեցին Ni-MH մարտկոցներ, որոնք ավելի փոքր են և ավելի էկոլոգիապես մաքուր: Motorola-ի StarTAC աստղային արտադրանքն օգտագործում է նիկել մետաղի հիդրիդային մարտկոցներ, որոնք բավական փոքր են մարդկանց ընկալումը խաթարելու համար: StarTAC328-ը, որը թողարկվել է 1996 թվականին, աշխարհում առաջին շրջվող հեռախոսն էր՝ ընդամենը 87 գրամ քաշով:

1990-ականների սկզբին հայտնվեցին նաև լիթիումային մարտկոցներ։ 1992 թվականին Sony-ն իր արտադրանքի մեջ ներմուծեց իր սեփական լիթիումային մարտկոցը, սակայն բարձր գնի և գերազանց էներգիայի բացակայության պատճառով այն կարող էր օգտագործվել միայն իր արտադրանքներում: Հետագայում, լիթիումի մարտկոցների նյութերի տեխնոլոգիական նորարարության և արտադրության տեխնոլոգիայի առաջընթացի հետ մեկտեղ, դրա հզորությունն ու արժեքը բարելավվել են և աստիճանաբար շահել ավելի շատ արտադրողների բարեհաճությունը: Լիթիումային մարտկոցների դարաշրջանը պաշտոնապես եկել է։

Լիթիումի մարտկոց և Նոբելյան մրցանակ

Չնայած բջջային հեռախոսների փոխարինումը արագ է զարգանում, բջջային հեռախոսների մարտկոցների զարգացումը համեմատաբար դանդաղ է ընթանում։ Հետազոտության տվյալների համաձայն՝ մարտկոցների հզորությունը 10 տարին մեկ ավելանում է ընդամենը 10%-ով: Բջջային հեռախոսների մարտկոցների թողունակությունը կարճ ժամանակահատվածում զգալիորեն մեծացնելը գրեթե անհնար է, ուստի բջջային հեռախոսների մարտկոցների ոլորտը նույնպես ունի անսահմանափակ հնարավորություններ և ներուժ։

Քիմիայի ոլորտում 2019 թվականի Նոբելյան մրցանակը շնորհվել է պրոֆեսոր Ջոն Գուդենաֆին, Սթենլի Ուիթինգհեմին և դոկտոր Ակիրա Յոշինոյին՝ լիթիումային մարտկոցների ոլորտում կատարած աշխատանքի համար։ Իրականում, ամեն տարի, նախքան հաղթելը, որոշ մարդիկ կանխատեսում են, թե արդյոք լիթիումի մարտկոցները կհաղթեն: Լիթիումային մարտկոցների առաջընթացը մեծ ազդեցություն և ներդրում ունի հասարակության մեջ, և նրանց մրցանակներն արժանի են։

1970-ականներին Մերձավոր Արևելքի պատերազմի առաջին նավթային ճգնաժամը ստիպեց մարդկանց գիտակցել նավթից կախվածությունից ազատվելու կարևորությունը։ Էներգիայի նոր աղբյուրներ մուտք գործելը կարող է փոխարինել նավթին: Նաև խանդավառ երկրները նոր բարձունքներ են ստեղծել մարտկոցների հետազոտության և մշակման գործում: Նավթային ճգնաժամի հետևանքով նա հույս ունի ներդրումներ կատարել այլընտրանքային էներգիայի ոլորտում։

Որպես Մեծ պայթյունի առաջին մի քանի րոպեների ընթացքում արտադրված հնագույն տարր՝ լիթիումը առաջին անգամ հայտնաբերվեց շվեդ քիմիկոսների կողմից՝ լիթիումի իոնների տեսքով 19-րդ դարի սկզբին։ Այն չափազանց ռեակտիվ է: Նրա թուլությունը ռեակտիվության մեջ է, բայց դա նաև ուժեղ կողմն է:

Երբ մաքուր լիթիումը որպես անոդ օգտագործվում է մարտկոցը լիցքավորելու համար, ձևավորվում են լիթիումի դենդրիտներ, որոնք կարող են առաջացնել մարտկոցի կարճ միացում, հրդեհ կամ նույնիսկ պայթյուն, սակայն հետազոտողները երբեք չեն հրաժարվել լիթիումային մարտկոցներից:

Նոբելյան մրցանակի երեք դափնեկիրներ. Սթենլի Ուիթինգհեմը առաջին լիարժեք ֆունկցիոնալ լիթիումային մարտկոցն էր, որն աշխատում էր սենյակային ջերմաստիճանում 1970-ականների սկզբին՝ օգտագործելով լիթիումի հզոր շարժիչը արտաքին էլեկտրոններ արձակելու համար;

Ուիթինգհեմի մարտկոցը կարող է առաջացնել երկու վոլտից մի փոքր ավելի: 1980 թվականին Գուդենաֆը հայտնաբերեց, որ կաթոդում կոբալտ լիթիումի օգտագործումը կարող է կրկնապատկել լարումը։ Նա կրկնապատկեց մարտկոցի ներուժը, և բարձր էներգիայի խտության կաթոդային նյութը շատ թեթև է, բայց այն կարող է ավելի ամուր մարտկոց ստեղծել: Նա ավելի լավ պայմաններ ստեղծեց ավելի օգտակար մարտկոցների մշակման համար.

1985 թվականին Ակասե Յոշինոն ստեղծեց առաջին կոմերցիոն ռոբոտը։ Նա ընտրեց լիթիումի կոբալտաթթուն, որն օգտագործվում էր Գուդենեֆի կողմից որպես կաթոդ և հաջողությամբ փոխարինեց լիթիումի համաձուլվածքը ածխածնով որպես մարտկոցի բացասական էլեկտրոդ։ Նա մշակել է լիթիումի մարտկոց՝ կայուն գործարկմամբ, թեթև քաշով, մեծ հզորությամբ, անվտանգ փոխարինմամբ և ինքնաբուխ այրման ռիսկը զգալիորեն նվազեցնելով։

Հենց նրանց հետազոտությունն է լիթիումային մարտկոցները մղել դեպի անթիվ էլեկտրոնային ապրանքներ՝ թույլ տալով մեզ վայելել ժամանակակից բջջային կյանքը: Լիթիումի մարտկոցները հարմար պայմաններ են ստեղծել անլար, հանածո վառելիքից զերծ նոր հասարակության համար և մեծապես օգուտ են բերել մարդկությանը:

Տեխնոլոգիան երբեք կանգ չի առնում

Այդ օրերին լիցքավորման համար պահանջվում էր 10 ժամ, իսկ խոսելու համար՝ 35 րոպե, իսկ հիմա մեր բջջային հեռախոսները անընդհատ կրկնվում են։ Մենք երկար ժամանակ չենք ենթարկվի լիցքավորման խնդրին, ինչպես նախկինում, բայց տեխնոլոգիան երբեք կանգ չի առել։ Մենք դեռ ուսումնասիրում ենք մեծ հզորությամբ, փոքր չափսերով և երկար մարտկոցով ճանապարհը:

Առայժմ լիթիումային մարտկոցների դենդրիտային խնդիրը դեռ ուրվականի պես հետապնդում է հետազոտողներին: Անվտանգության այս մեծ վտանգի առաջ կանգնելով՝ ամբողջ աշխարհի գիտնականները դեռ քրտնաջան աշխատում են: 90-ամյա Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր Գուդենաֆը վճռականորեն նվիրվել է պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցների հետազոտմանը և մշակմանը:

Ընկեր, ի՞նչ կարծիքի ես նոր էներգիայի մասին: Ինչպիսի՞ն է ձեր կանխատեսումը մարտկոցների ոլորտի ապագայի վերաբերյալ: Ի՞նչ ակնկալիքներ ունեք ապագա բջջային հեռախոսներից:

Բարի գալուստ թողնել հաղորդագրություն քննարկելու համար, խնդրում եմ ուշադրություն դարձրեք սև խոռոչների գիտությանը և ձեզ ավելի հետաքրքիր գիտություն բերեք: