Naujasis energetikos sektorius pastaruoju metu klesti. Šiandien kalbėsime apie baterijų ir mobiliųjų telefonų baterijų kūrimą ir veikimo principus.

1. Akumuliatoriaus veikimo principas

Įrenginys, galintis cheminę energiją, šviesos energiją, šilumos energiją ir kt. tiesiogiai paversti elektros energija, vadinamas baterija. Tai apima chemines baterijas, branduolines baterijas ir kt., o tai, ką mes paprastai vadiname baterijomis, paprastai reiškia chemines baterijas.

Praktinės cheminės baterijos skirstomos į pirmines baterijas ir akumuliatorius. Baterijos, su kuriomis susiduriame kasdieniame gyvenime, daugiausia yra akumuliatoriai. Prieš naudojimą bateriją reikia įkrauti, tada ją galima iškrauti. Įkraunant elektros energija paverčiama chemine energija; iškrovimo metu cheminė energija paverčiama elektros energija.

Kai baterija išsikrauna, srovė per išorinę grandinę perduodama iš teigiamo elektrodo į neigiamą elektrodą. Elektrolite teigiami jonai ir neigiami jonai atitinkamai perduodami į elektrodus, o srovė perduodama iš neigiamo elektrodo į teigiamą elektrodą. Išsikrovus akumuliatoriui, vyksta dviejų elektrodų cheminė reakcija, grandinė atjungiama arba įvyksta cheminė reakcija. Kai medžiaga baigsis, išleidimas sustos.

Priklausomai nuo baterijos viduje naudojamų medžiagų, baterija gali būti įkraunama arba neįkraunama. Kai kurios cheminės reakcijos yra grįžtamos, o kai kurios – negrįžtamos.

Akumuliatoriaus talpa ir greitis priklauso nuo jo medžiagos.

2 Mobiliųjų telefonų baterijų istorija

Mobiliųjų telefonų baterijas iš esmės galima suskirstyti į tris etapus: Ni-Cd baterija → Ni-MH baterija →

Iš šių trijų etapų pavadinimų matome, kad keičiasi pagrindiniai akumuliatoriuose naudojami cheminiai elementai, baterijose atsiranda daugiau technologinių naujovių. Netgi galime teigti, kad be ličio baterijų šiandien nebūtų mobiliojo išmaniojo gyvenimo.

Kai mobilieji telefonai pirmą kartą pasirodė devintajame dešimtmetyje, jie taip pat buvo vadinami „mobiliaisiais telefonais“. Iš pavadinimo matome, kad jis didžiulis. Pagrindinė priežastis, kodėl jis yra didelis, yra didelė baterija.

Dešimtajame dešimtmetyje atsirado Ni-MH baterijos, kurios yra mažesnės ir ekologiškesnės. „Motorola“ žvaigždės produktas „StarTAC“ naudoja nikelio metalo hidrido baterijas, kurios yra pakankamai mažos, kad pakenktų žmonių suvokimui. „StarTAC1990“, išleistas 328 m., buvo pirmasis pasaulyje atverčiamas telefonas, sveriantis tik 1996 gramus.

Dešimtojo dešimtmečio pradžioje pasirodė ir ličio baterijos. 1990 metais „Sony“ savo gaminiuose pristatė savo ličio bateriją, tačiau dėl didelės kainos ir puikios galios trūkumo ją buvo galima naudoti tik savo gaminiuose. Vėliau dėl ličio baterijų medžiagų technologinių naujovių ir gamybos technologijų pažangos pagerėjo jo talpa ir kaina, o palaipsniui pelnė daugiau gamintojų palankumą. Oficialiai atėjo ličio baterijų era.

Ličio baterija ir Nobelio premija

Nors mobiliųjų telefonų keitimas sparčiai vystosi, mobiliųjų telefonų baterijų plėtra vyksta gana lėtai. Apklausų duomenimis, baterijų talpa kas 10 metų padidėja tik 10 proc. Per trumpą laiką žymiai padidinti mobiliųjų telefonų baterijų talpą beveik neįmanoma, todėl mobiliųjų telefonų baterijų sritis taip pat turi neribotas galimybes ir potencialą.

2019 m. Nobelio chemijos premija buvo skirta profesoriui Johnui Goodenoughui, Stanley Whittinghamui ir dr. Akirai Yoshino už darbą ličio baterijų srityje. Tiesą sakant, kiekvienais metais prieš laimėdami kai kurie žmonės prognozuoja, ar laimės ličio baterijos. Ličio baterijų pažanga daro didelę įtaką ir indėlį visuomenei, o apdovanojimai yra pelnyti.

Pirmoji Artimųjų Rytų karo naftos krizė 1970-aisiais paskatino žmones suvokti, kaip svarbu atsikratyti priklausomybės nuo naftos. Naujų energijos šaltinių naudojimas gali pakeisti naftą. Taip pat entuziastingos šalys sukūrė naujas baterijų tyrimų ir plėtros aukštumas. Dėl naftos krizės jis tikisi prisidėti prie alternatyvios energijos srities.

Litį, kaip senovinį elementą, susidarantį per pirmąsias Didžiojo sprogimo minutes, XIX amžiaus pradžioje ličio jonų pavidalu pirmą kartą atrado švedų chemikai. Jis itin reaktyvus. Jo silpnybė slypi reaktyvumu, tačiau tai yra ir stipriosios pusės.

Kai grynas litis naudojamas kaip anodas akumuliatoriui įkrauti, susidaro ličio dendritai, kurie gali sukelti baterijos trumpąjį jungimą, sukelti gaisrą ar net sprogimą, tačiau mokslininkai niekada neatsisakė ličio baterijų.

Trys Nobelio premijos laureatai: Stanley Whittingham buvo pirmoji visiškai funkcionali ličio baterija, kuri aštuntojo dešimtmečio pradžioje veikė kambario temperatūroje ir naudojo galingą ličio pavarą išoriniams elektronams išlaisvinti;

Whittingham baterija gali generuoti šiek tiek daugiau nei du voltus. 1980 m. Goodenough atrado, kad kobalto ličio naudojimas katode gali padvigubinti įtampą. Jis padvigubino baterijos potencialą, o didelio energijos tankio katodo medžiaga yra labai lengva, tačiau ji gali pagaminti stipresnę bateriją. Jis sukūrė geresnes sąlygas naudingesnių baterijų kūrimui;

1985 m. Akase Yoshino sukūrė pirmąjį komercinį robotą. Jis kaip katodą pasirinko ličio kobalto rūgštį, kurią naudojo Goodeneuf, ir sėkmingai pakeitė ličio lydinį anglimi kaip neigiamą akumuliatoriaus elektrodą. Jis sukūrė ličio bateriją, kuri stabiliai veikia, yra lengvas, didelės talpos, saugiai keičiamas ir labai sumažino savaiminio užsidegimo riziką.

Būtent jų tyrimai paskatino ličio baterijas sukurti daugybę elektroninių gaminių, o tai leido mums mėgautis šiuolaikiniu mobiliuoju gyvenimu. Ličio baterijos sukūrė tinkamas sąlygas belaidžiai, be iškastinio kuro naujai visuomenei ir buvo labai naudingos žmonijai.

Technologijos niekada nesustoja

Tais laikais įkrauti reikėdavo 10 valandų, o kalbėti – 35 minutes, tačiau dabar mūsų mobilieji telefonai nuolat kartojasi. Įkrovimo problema mums nepatirs ilgą laiką, kaip buvo anksčiau, tačiau technologija niekada nesustojo. Vis dar ieškome didelės talpos, mažo dydžio ir ilgo akumuliatoriaus veikimo kelio.

Iki šiol ličio baterijų dendrito problema tyrinėtojus vis dar persekioja kaip vaiduoklis. Susidūrę su šia didele saugumo rizika, mokslininkai visame pasaulyje vis dar sunkiai dirba. 90-metis Nobelio premijos laureatas Goodenoughas ryžtingai atsidėjo kietojo kūno baterijų tyrimams ir plėtrai.

Drauge, ką manai apie naują energiją? Kokia jūsų ateities perspektyva baterijų srityje? Kokie jūsų lūkesčiai dėl būsimų mobiliųjų telefonų?

Kviečiame palikti pranešimą aptarti, atkreipkite dėmesį į juodųjų skylių mokslą ir pristatykite jums įdomesnį mokslą.