最近、新エネルギー部門が活況を呈しています。 今日は、バッテリーと携帯電話のバッテリーの開発と動作原理についてお話します。

1. The working principle of the battery

化学エネルギー、光エネルギー、熱エネルギーなどを直接電気エネルギーに変換できる装置をバッテリーと呼びます。 これには、化学電池、原子力電池などが含まれ、私たちが通常電池と呼ぶものは、一般的に化学電池を指します。

実用的な化学電池は、一次電池と蓄電池に分けられます。 私たちが日常生活で接触する電池は、主に蓄電池です。 バッテリーは使用前に充電する必要があり、その後放電することができます。 充電すると、電気エネルギーが化学エネルギーに変換されます。 放電するとき、化学エネルギーは電気エネルギーに変換されます。

バッテリーが放電すると、電流は外部回路を介して正極から負極に転送されます。 電解液では、陽イオンと陰イオンがそれぞれ電極に伝わり、電流が負極から正極に伝わります。 バッテリーが放電すると、XNUMXつの電極が化学反応を起こし、回路が切断されるか、化学反応が発生します。 材料が使い果たされると、排出は停止します。

バッテリーの内部で使用されている材料に応じて、バッテリーは充電式または非充電式にすることができます。 一部の化学反応は可逆的であり、一部は不可逆的です。

バッテリーの容量と速度は、バッテリーの材質によって異なります。

2携帯電話の電池の歴史

携帯電話の電池は、基本的にNi-Cd電池→Ni-MH電池→のXNUMX段階に分けられます。

これらのXNUMXつの段階の名前から、電池に使用される主要な化学元素が変化しており、電池の技術革新が進んでいることがわかります。 リチウム電池がなければ、今日のモバイルスマートライフはあり得ないとさえ言えます。

1980年代に携帯電話が最初に登場したとき、それらは「携帯電話」とも呼ばれていました。 名前から、それが巨大であることがわかります。 それが大きい主な理由は、その大きなバッテリーのためです。

1990年代には、より小型で環境にやさしいNi-MH電池が登場しました。 モトローラの主力製品であるStarTACは、ニッケル水素電池を使用しています。これは、人々の認識を覆すほど小さいものです。 328年にリリースされたStarTAC1996は、世界初の折り畳み式携帯電話で、重量はわずか87グラムでした。

1990年代初頭には、リチウム電池も登場しました。 ソニーは1992年に自社製品に独自のリチウム電池を導入しましたが、価格が高く、優れた電力が不足しているため、自社製品でしか使用できませんでした。 その後、リチウム電池材料の技術革新と製造技術の進歩により、容量とコストが改善され、徐々に多くのメーカーの支持を得ています。 リチウム電池の時代が正式に到来しました。

リチウム電池とノーベル賞

携帯電話の交換は急速に進んでいますが、携帯電話のバッテリーの開発は比較的遅いです。 調査データによると、バッテリーの容量は10年ごとに10％しか増加しません。 携帯電話のバッテリーの容量を短期間で大幅に増やすことはほとんど不可能であるため、携帯電話のバッテリーの分野にも無限の可能性と可能性があります。

2019年のノーベル化学賞は、リチウム電池の分野での功績により、ジョングッドイナフ教授、スタンリーウィッティンガム教授、吉野彰博士に授与されました。 実際、毎年勝つ前に、リチウム電池が勝つかどうかを予測する人もいます。 リチウム電池の進歩は社会に大きな影響と貢献をもたらし、その賞は当然のことです。

1970年代の中東戦争の最初の石油危機により、人々は石油への依存を取り除くことの重要性を認識しました。 新しいエネルギー源に参入することで、石油に取って代わることができます。 また、熱狂的な国々は、電池の研究開発において新たな高みを生み出しました。 石油危機の影響を受けて、彼は代替エネルギーの分野で貢献したいと考えています。

ビッグバンの最初の数分間に生成された古代の元素として、リチウムは19世紀初頭にスウェーデンの化学者によってリチウムイオンの形で最初に発見されました。 それは非常に反応性があります。 その弱点は反応性にありますが、それはその強みでもあります。

純粋なリチウムをアノードとして使用してバッテリーを充電すると、リチウムデンドライトが形成され、バッテリーの短絡、火災、さらには爆発を引き起こす可能性がありますが、研究者はリチウムバッテリーをあきらめたことはありません。

Three Nobel Prize winners: Stanley Whittingham was the first fully functional lithium battery that worked at room temperature in the early 1970s, using the powerful drive of lithium to release external electrons;

Whittinghamのバッテリーは1980ボルト強を生成する可能性があります。 XNUMX年、Goodenoughは、カソードにコバルトリチウムを使用すると電圧がXNUMX倍になることを発見しました。 彼は電池のポテンシャルをXNUMX倍にし、高エネルギー密度の陰極材料は非常に軽いですが、それはより強い電池を作ることができます。 彼は、より有用なバッテリーを開発するためのより良い条件を作成しました。

In 1985, Akase Yoshino developed the first commercial robot. He chose the lithium cobalt acid used by Goodeneuf as the cathode and successfully replaced the lithium alloy with carbon as the negative electrode of the battery. He developed a lithium battery with stable operation, light weight, large capacity, safe replacement, and greatly reduced risk of spontaneous combustion.

リチウム電池を無数の電子製品に押し上げ、現代のモバイルライフを楽しむことができるようになったのは彼らの研究です。 リチウム電池は、ワイヤレスで化石燃料のない新しい社会に適した条件を作り出し、人類に大きな利益をもたらしました。

テクノロジーは止まらない

In those days, it took 10 hours to charge and 35 minutes to talk, but now, our mobile phones are constantly iterating. We will not be subject to the charging problem for a long time as we did in the past, but the technology has never stopped. We are still exploring the road of large capacity, small size, and long battery life.

これまでのところ、リチウム電池の樹状突起の問題は、依然として幽霊のように研究者を悩ませています。 この大きなセキュリティリスクに直面して、世界中の科学者はまだ懸命に働いています。 90歳のノーベル賞受賞者であるGoodenoughは、全固体電池の研究開発に断固として専念してきました。

友達、あなたは新しいエネルギーについてどう思いますか？ 電池分野の今後の見通しは？ 今後の携帯電話への期待は？

議論するメッセージを残すことを歓迎します。ブラックホール科学に注意を払い、より興味深い科学をお届けします。