Struttura interna della batteria: grande capacità

Attendiamo con impazienza una nuova era di uso diffuso di energia pulita. In una scena iconica dell’epoca, si potrebbero vedere nuove auto come le auto elettriche di Tesla che percorrono le strade, alimentate non a benzina ma da batterie al litio completamente cariche. Le stazioni di servizio lungo il percorso saranno sostituite da stazioni di ricarica. L’ultima notizia è che la città di Shanghai ha ora annunciato una politica senza licenza per le auto elettriche di Tesla e sta supportando la loro produzione più rapida di compressori in Cina.

Ma il brillante futuro potrebbe essere offuscato dal fatto che le batterie delle auto elettriche non sono così diverse dalle batterie dei telefoni cellulari. Gli utenti di telefoni cellulari spesso si preoccupano della durata della batteria. I telefoni di molte persone sono pieni al mattino e, con l’avvicinarsi del pomeriggio, diventa necessario ricaricarli una volta al giorno. I laptop hanno lo stesso problema e possono esaurirsi nel giro di poche ore. L’utilità delle auto elettriche è stata messa in discussione perché non viaggiano abbastanza lontano per schiantarsi e devono essere ricaricate frequentemente. Il modello di Tesla è attualmente l’unica auto elettrica sul mercato, il che è un’impresa. Il Modello è il più accattivante, con un’autonomia di 480 chilometri con una singola carica.

Perché le batterie non durano? La quantità di energia che una sostanza può immagazzinare in un dato spazio è chiamata densità di energia. La densità di energia della batteria è bassa. In termini di energia prodotta per chilogrammo, possiamo utilizzare fino a 50 megajoule di benzina al giorno, mentre le batterie al litio hanno in media meno di 1 megajoule. Anche altri tipi di batterie girano a livelli estremamente bassi. Ovviamente, non possiamo rendere infinita la batteria; Per aumentare la capacità della batteria, possiamo solo concentrarci sul miglioramento della densità energetica della batteria, ma ci sono molte difficoltà. Quali sono le difficoltà con questa tecnologia? Il giornalista ha intervistato Liu Run, professore associato di chimica alla Zhejiang University, e ha analizzato il mistero della struttura interna della batteria al litio comunemente usata (batteria al litio in breve).

Gli elettroliti sono molto importanti

A causa del trasferimento di elettroni, la batteria può fornire energia. Quando la batteria è collegata al circuito, l’interruttore è spento e la corrente è accesa. A questo punto, gli elettroni fuoriescono dal terminale negativo e fluiscono attraverso il circuito verso il terminale positivo. Nel processo, l’elettronica manterrà il tuo telefono funzionante, proprio come guidare un’auto elettrica Tesla.

Gli elettroni nelle batterie al litio sono forniti dal litio. Se riempi una batteria di litio, la densità di energia non aumenta? Sfortunatamente, affinché una batteria al litio sia ricaricabile, la sua struttura interna deve essere valutata in termini di densità di energia specifica. Liu ha sottolineato che la struttura interna delle batterie al litio contiene elettroliti, dati negativi, dati positivi e lacune, ognuno dei quali ha il proprio processo speciale, svolge un ruolo unico ed è indispensabile. Questa struttura limita la densità energetica delle batterie agli ioni di litio.

Il primo sono gli elettroliti, che sono condotti essenziali nelle batterie. Quando una batteria si scarica, gli atomi di litio perdono i loro elettroni e diventano ioni di litio e, durante la ricarica, devono passare da un’estremità all’altra della batteria e viceversa. ha detto Liu. L’elettrolita mantiene gli ioni di litio, ai poli nord e sud della batteria, la chiave per il ciclo continuo della batteria. Gli elettroliti sono come i fiumi, gli ioni di litio sono come i pesci. Se il fiume è asciutto e il pesce non riesce ad arrivare dall’altra parte, le batterie al litio non funzioneranno correttamente.

La bellezza dell’elettrolita è che trasporta solo ioni di litio, non elettroni, assicurando che la batteria si scarichi solo quando il circuito è collegato. Allo stesso tempo, gli ioni di litio, secondo l’elettrolita, si muovono in modo ordinato e ben definito, quindi gli elettroni si muovono sempre in una direzione, creando una corrente.

Poli positivo e negativo stabili

Gli elettroliti non forniscono energia, ma sono pesanti ed essenziali per le batterie agli ioni di litio. Allora perché non ci sono più dati negativi basati sulla grafite? La grafite, il materiale utilizzato per realizzare le mine delle matite, non è responsabile della fornitura di elettroni. “Questo serve per assicurarsi che il tempo di ricarica sia giusto”, ha detto Liu.