Il nuovo settore energetico è in forte espansione di recente. Oggi parleremo dello sviluppo e dei principi di funzionamento delle batterie e delle batterie per telefoni cellulari.

1. Il principio di funzionamento della batteria

Il dispositivo che può convertire direttamente energia chimica, energia luminosa, energia termica, ecc. In energia elettrica è chiamato batteria. Include batterie chimiche, batterie nucleari, ecc., e ciò che di solito chiamiamo batterie generalmente si riferisce alle batterie chimiche.

Le pratiche batterie chimiche si dividono in batterie primarie e accumulatori. Le batterie con cui entriamo in contatto nella nostra vita quotidiana sono principalmente accumulatori. La batteria deve essere caricata prima dell’uso, quindi può essere scaricata. Durante la ricarica, l’energia elettrica viene convertita in energia chimica; durante la scarica, l’energia chimica viene convertita in energia elettrica.

Quando la batteria è scarica, la corrente viene trasferita dall’elettrodo positivo all’elettrodo negativo attraverso un circuito esterno. Nell’elettrolita, gli ioni positivi e gli ioni negativi vengono rispettivamente trasmessi agli elettrodi e la corrente viene trasmessa dall’elettrodo negativo all’elettrodo positivo. Quando la batteria è scarica, i due elettrodi subiscono una reazione chimica e il circuito si scollega o si verifica una reazione chimica. Quando il materiale è esaurito, lo scarico si fermerà.

A seconda dei materiali utilizzati all’interno della batteria, la batteria può essere ricaricabile o non ricaricabile. Alcune reazioni chimiche sono reversibili, altre irreversibili.

La capacità e la velocità della batteria dipendono dal suo materiale.

2 La storia delle batterie dei cellulari

Le batterie dei telefoni cellulari possono essere sostanzialmente suddivise in tre fasi: batteria Ni-Cd → batteria Ni-MH →

Dai nomi di queste tre fasi, possiamo vedere che i principali elementi chimici utilizzati nelle batterie stanno cambiando e ci sono più innovazioni tecnologiche nelle batterie. Possiamo anche dire che senza batterie al litio, oggi non ci sarebbe vita intelligente mobile.

Quando i telefoni cellulari sono apparsi per la prima volta negli anni ‘1980, erano anche chiamati “telefoni cellulari”. Dal nome, possiamo vedere che è enorme. Il motivo principale per cui è grande è a causa della sua grande batteria.

Negli anni ‘1990 sono apparse le batterie Ni-MH, che sono più piccole e più rispettose dell’ambiente. Il prodotto di punta di Motorola StarTAC utilizza batterie all’idruro metallico di nichel, che sono abbastanza piccole da sovvertire la percezione delle persone. Lo StarTAC328, rilasciato nel 1996, è stato il primo telefono cellulare a conchiglia al mondo, con un peso di soli 87 grammi.

All’inizio degli anni ‘1990 sono apparse anche le batterie al litio. Nel 1992, Sony ha introdotto la propria batteria al litio nei suoi prodotti, ma a causa del prezzo elevato e della mancanza di una potenza eccellente, poteva essere utilizzata solo nei propri prodotti. Successivamente, con l’innovazione tecnologica dei materiali delle batterie al litio e il progresso della tecnologia di produzione, la sua capacità e il suo costo sono stati migliorati e gradualmente hanno conquistato il favore di più produttori. L’era delle batterie al litio è ufficialmente arrivata.

La batteria al litio e il premio Nobel

Sebbene la sostituzione dei telefoni cellulari si stia sviluppando rapidamente, lo sviluppo delle batterie per telefoni cellulari è relativamente lento. Secondo i dati dell’indagine, la capacità delle batterie aumenta solo del 10% ogni 10 anni. È quasi impossibile aumentare significativamente la capacità delle batterie per telefoni cellulari in un breve periodo di tempo, quindi anche il campo delle batterie per telefoni cellulari ha possibilità e potenzialità illimitate.

Il Premio Nobel per la Chimica 2019 è stato assegnato al Professor John Goodenough, Stanley Whittingham e al Dr. Akira Yoshino per il loro lavoro nel campo delle batterie al litio. In effetti, ogni anno prima di vincere, alcune persone prevedono se vinceranno le batterie al litio. Il progresso delle batterie al litio ha un grande impatto e contributo alla società e i loro premi sono meritati.

La prima crisi petrolifera della guerra in Medio Oriente negli anni ‘1970 ha portato le persone a rendersi conto dell’importanza di sbarazzarsi della dipendenza dal petrolio. Entrare in nuove fonti energetiche può sostituire il petrolio. Anche i paesi entusiasti hanno creato nuove vette nella ricerca e nello sviluppo delle batterie. Con l’impatto della crisi petrolifera, spera di dare un contributo nel campo delle energie alternative.

Essendo un elemento antico prodotto nei primi minuti del Big Bang, il litio è stato scoperto per la prima volta dai chimici svedesi sotto forma di ioni di litio all’inizio del XIX secolo. È estremamente reattivo. La sua debolezza sta nella reattività, ma è anche la sua forza.

Quando il litio puro viene utilizzato come anodo per caricare una batteria, si formano dendriti di litio, che possono causare un cortocircuito nella batteria, causare un incendio o persino un’esplosione, ma i ricercatori non hanno mai rinunciato alle batterie al litio.

Tre vincitori del premio Nobel: Stanley Whittingham è stata la prima batteria al litio completamente funzionante che ha funzionato a temperatura ambiente nei primi anni ‘1970, utilizzando il potente motore del litio per rilasciare elettroni esterni;

La batteria di Whittingham può generare poco più di due volt. Nel 1980, Goodenough scoprì che l’uso del litio cobalto nel catodo può raddoppiare la tensione. Ha raddoppiato il potenziale della batteria e il materiale del catodo ad alta densità di energia è molto leggero, ma può creare una batteria più forte. Ha creato condizioni migliori per lo sviluppo di batterie più utili;

Nel 1985, Akase Yoshino ha sviluppato il primo robot commerciale. Scelse l’acido litio-cobalto utilizzato da Goodeneuf come catodo e sostituì con successo la lega di litio con il carbonio come elettrodo negativo della batteria. Ha sviluppato una batteria al litio con funzionamento stabile, peso leggero, grande capacità, sostituzione sicura e rischio di combustione spontanea notevolmente ridotto.

È la loro ricerca che ha spinto le batterie al litio a innumerevoli prodotti elettronici, permettendoci di goderci la vita mobile moderna. Le batterie al litio hanno creato le condizioni adatte per una nuova società senza fili, senza combustibili fossili, e hanno portato grandi benefici all’umanità.

La tecnologia non si ferma mai

A quei tempi, ci volevano 10 ore per caricarsi e 35 minuti per parlare, ma ora i nostri telefoni cellulari sono in continua iterazione. Non saremo soggetti al problema della ricarica per molto tempo come abbiamo fatto in passato, ma la tecnologia non si è mai fermata. Stiamo ancora esplorando la strada della grande capacità, delle dimensioni ridotte e della lunga durata della batteria.

Finora, il problema dei dendriti delle batterie al litio perseguita ancora i ricercatori come un fantasma. Di fronte a questo grave rischio per la sicurezza, gli scienziati di tutto il mondo stanno ancora lavorando sodo. Goodenough, il premio Nobel novantenne, si è dedicato con determinazione alla ricerca e allo sviluppo di batterie a stato solido.

Amico, cosa ne pensi della nuova energia? Qual è la tua prospettiva per il futuro del settore delle batterie? Quali sono le tue aspettative per i futuri telefoni cellulari?

Benvenuto per lasciare un messaggio da discutere, per favore presta attenzione alla scienza del buco nero e porta una scienza più interessante.