Батареяның ішкі құрылымы: үлкен сыйымдылық

Біз таза энергияны кеңінен пайдаланудың жаңа дәуірін асыға күтеміз. Дәуірдің көрнекті сахнасында көшеде бензинмен емес, толық зарядталған литий батареяларымен жұмыс істейтін Тесланың электр көліктері сияқты жаңа көліктерді көруге болады. Жол бойындағы жанар-жағармай құю бекеттері зарядтау бекеттеріне ауыстырылады. Соңғы жаңалық, Шанхай қаласы қазір Tesla электромобильдері үшін лицензиясыз саясат жариялады және олардың Қытайда супер зарядтағыштарды тезірек шығаруын қолдайды.

Бірақ жарқын болашақ электромобиль батареяларының ұялы телефон батареяларынан ерекшеленбейтіндігімен бұлыңғыр болуы мүмкін. Ұялы телефон пайдаланушылары батареяның қызмет ету мерзіміне жиі алаңдайды. Көптеген адамдардың телефондары таңертең толып, түс ауа жақындаған сайын күніне бір рет зарядтау қажеттілігі туындайды. Ноутбуктерде бірдей мәселе бар және бірнеше сағат ішінде шырын таусылуы мүмкін. Электромобильдердің пайдалылығы күмән тудырды, өйткені олар апатқа ұшырау үшін жеткілікті алыс жүрмейді және жиі қайта зарядталуы керек. Tesla’s Model қазіргі уақытта нарықтағы жалғыз электромобиль болып табылады, бұл ерлік. Модель бір зарядта 480 шақырым қашықтықты бағындыратын ең көз тартады.

Неліктен батареялар жұмыс істемейді? Заттың белгілі бір кеңістікте сақтай алатын энергия мөлшері энергия тығыздығы деп аталады. Батареяның энергия тығыздығы төмен. Бір килограммға өндірілетін энергия тұрғысынан біз күніне 50 мегаджоульге дейін бензин пайдалана аламыз, ал литий батареялары орташа есеппен 1 ​​мегаджоульден аз. Батареялардың басқа түрлері де өте төмен деңгейде жүреді. Біз батареяны шексіз ете алмайтынымыз анық; Аккумулятордың сыйымдылығын арттыру үшін біз тек аккумулятордың энергия тығыздығын жақсартуға назар аудара аламыз, бірақ көптеген қиындықтар бар. Бұл технологияның қиындықтары қандай? Журналист Чжэцзян университетінің химия кафедрасының доценті Лю Рунмен сұхбаттасып, жиі қолданылатын литий батареясының (қысқаша айтқанда литий батареясы) ішкі құрылымының құпиясын талдады.

Электролиттер өте маңызды

Электрондардың берілуіне байланысты батарея энергияны қамтамасыз ете алады. Батарея тізбекке қосылған кезде, ажыратқыш өшірулі және ток қосулы болады. Бұл кезде электрондар теріс терминалдан шығып, контур арқылы оң терминалға ағады. Бұл процесте электроника телефоныңызды Tesla электр көлігін басқарғандай жұмысын сақтайды.

Литий батареяларындағы электрондар литиймен қамтамасыз етіледі. Егер сіз аккумуляторды литиймен толтырсаңыз, энергия тығыздығы артпайды ма? Өкінішке орай, литий батареясы қайта зарядталатын болуы үшін оның ішкі құрылымы ерекше энергия тығыздығы тұрғысынан бағалануы керек. Лю литий батареяларының ішкі құрылымында электролиттер, теріс деректер, оң деректер мен бос орындар бар, олардың әрқайсысының өзіндік ерекше процесі бар, бірегей рөл атқарады және таптырмас екенін атап өтті. Бұл құрылым литий-иондық батареялардың энергия тығыздығын шектейді.

Біріншісі – электролиттер, олар батареялардағы маңызды өткізгіштер болып табылады. Батарея зарядсызданған кезде литий атомдары электрондарын жоғалтады және литий иондарына айналады, ал қайта зарядтаған кезде олар аккумулятордың бір шетінен екінші шетіне және қайтадан жұмыс істеуі керек. – деді Лю. Электролит литий иондарын батареяның солтүстік және оңтүстік полюстерінде сақтайды, бұл батареяның үздіксіз айналымының кілті. Электролиттер өзен сияқты, литий иондары балық сияқты. Егер өзен құрғап, балық басқа жағаға өте алмаса, литий батареялары дұрыс жұмыс істемейді.

Электролиттің сұлулығы – ол электрондарды емес, тек литий иондарын тасымалдайды, бұл батареяның тізбек қосылған кезде ғана зарядсыздануын қамтамасыз етеді. Сонымен бірге литий иондары электролитке сәйкес реттелген және нақты анықталған жолмен қозғалады, сондықтан электрондар әрқашан бір бағытта қозғалып, ток тудырады.

Тұрақты оң және теріс полюстер

Электролиттер қуат бермейді, бірақ олар ауыр және литий-ионды батареялар үшін маңызды. Неліктен графитке негізделген теріс деректер көп емес? Графит, қарындаштарды жасау үшін қолданылатын материал, электрондарды қамтамасыз етуге жауапты емес. «Бұл зарядтау уақыты дұрыс екеніне көз жеткізу үшін», – деді Лю мырза.