Struktura navxweyî ya pîlê: kapasîteya mezin

Em li hêviya serdemek nû ya berfireh a karanîna enerjiya paqij in. Di dîmenek îkonîk a serdemê de, mirov dikare otomobîlên nû yên mîna otomobîlên elektrîkî yên Tesla ku li kolanan dimeşin bibînin, ku ne bi benzînê lê ji ber bataryayên lîtiumê yên bi tevahî barkirî têne hêz kirin. Li şûna îstasyonên gazê yên li ser rê dê îstasyonên şarjê bên guhertin. Nûçeya herî dawî ev e ku bajarê Shanghai naha siyasetek bê destûr ji bo otomobîlên elektrîkî yên Tesla ragihandiye û piştgirî dide çêkirina bileztir a superchargeran li Chinaînê.

Lê dibe ku pêşerojek geş ji ber vê yekê ku bataryayên gerîdeya elektrîkê ji bataryayên têlefonên desta ne ew qas cûda bin. Bikarhênerên têlefonên desta bi gelemperî ji jiyana bateriyê ditirsin. Serê sibê têlefonên gelek kesan tijî dibin, her ku piştî nîvro nêzîk dibe, pêdivî ye ku rojê carekê were şarjkirin. Laptop xwedî heman pirsgirêk in û dikarin di nav çend demjimêran de ava vexwarinê biqedin. Bikêrhatina otomobîlên elektrîkî hate pirsîn ji ber ku ew têra xwe dûr naçin ku qeza bikin û hewce ne ku pir caran werin şarjkirin. Modela Tesla niha li sûkê tenê otomobîla elektrîkê ye, ku ev serkeftinek e. Modela herî balkêş e, bi 480 kîlometran bi yek barkirinê ve dimeşe.

Çima batarî namînin? Hêjmara enerjiyê ya ku maddeyek dikare li cîhek diyarkirî hilîne, jê re tîrêjiya enerjiyê tê gotin. Dendika enerjiyê ya pîlê kêm e. Di warê enerjiya ku her kîloyek tê hilberandin de, em dikarin rojê 50 megajoul benzînê bikar bînin, lê bataryayên lîtiumê bi navînî ji 1 megajoul kêmtir e. Cûreyên din ên bataryayê jî di astên pir nizm de digerin. Eşkere ye, em nikarin pîlê bêsînor bikin; Ji bo ku em kapasîteya pîlê zêde bikin, em tenê dikarin balê bikişînin ser başkirina dendika enerjiya pîlê, lê gelek zehmetî hene. Zehmetiyên vê teknolojiyê çi ne? Nûçegihan bi Liu Run, doçentê profesorê kîmyayê li Zanîngeha Zhejiang re hevpeyivînek kir, û sira avahiya hundurîn a pîlê lîtiumê ya ku bi gelemperî tê bikar anîn (bi kurtî pîlê lîtiumê) analîz kir.

Elektrolît pir girîng in

Ji ber veguhestina elektronan, pîlê dikare enerjiyê peyda bike. Dema ku pîlê bi çerxê ve girêdayî ye, guhêrbar qut dibe û tîrêj li ser e. Di vê nuqteyê de, elektron ji termînala neyînî direvin û di çerxê re diherikin termînala erênî. Di vê pêvajoyê de, elektronîk dê têlefona we bixebite, mîna ajotina otomobîlek elektrîkî ya Tesla.

Elektronên di bataryayên lîtiumê de ji hêla lîtiumê ve têne peyda kirin. Ger hûn pîlê bi lîtium tijî bikin, ma tîna enerjiyê zêde nabe? Mixabin, ji bo ku bataryayek lîtiumê ji nû ve were şarj kirin, pêdivî ye ku strukturên hundurîn ên wê di warê dendika enerjiya wê ya taybetî de were nirxandin. Liu destnîşan kir ku di avahiya hundurîn a bataryayên lîtiumê de elektrolît, daneyên neyînî, daneyên erênî û valahiyan hene, ku her yek ji wan pêvajoyek xwe ya taybetî heye, rolek bêhempa dilîze û pêdivî ye. Ev avahî tîrbûna enerjiyê ya bataryayên lîtium-ion sînordar dike.

Ya yekem elektrolît in, ku di bataryayê de rêgirên bingehîn in. Dema ku pîlê dadiqurtîne, atomên lîtiumê elektronên xwe winda dikin û dibin îyonên lîtiumê, û dema ku ji nû ve tê şarjkirin, ew neçar in ku ji serê pîlê berbi ya din ve biçin û dîsa vegerin. Liu got. Elektrolît îyonên lîtiumê, li polên bakur û başûr ên pîlê, mifteya bisiklêdana domdar a pîlê digire. Elektrolît wek çeman in, îyonên lîtium wek masiyan in. Ger çem hişk be û masî nikaribin xwe bigihînin aliyê din, dê bataryayên lîtiumê baş nexebitin.

Bedewiya elektrolîtê ev e ku ew tenê îyonên lîtiumê hildigire, ne elektronan, pêbawer dike ku batar tenê dema ku çerx tê veqetandin vediqete. Di heman demê de îyonên lîtiumê li gorî elektrolîtê bi rêkûpêk û bi rêkûpêk bi rê ve diçin, ji ber vê yekê elektron her gav di yek alî de dimeşin û herikînek çêdikin.

Polên erênî û neyînî yên stabîl

Elektrolît hêzê nadin, lê ew ji bo bataryayên lîtium-ion giran û bingehîn in. Ji ber vê yekê çima li ser bingeha grafîtê bêtir daneyên neyînî tune? Grafît, materyalê ku ji bo çêkirina pênûsan tê bikar anîn, ji peydakirina elektronan ne berpirsiyar e. Birêz Liu got: “Ev ji bo piştrastkirina dema barkirinê rast e.”