Зайны дотоод бүтэц: том хүчин чадалтай

Бид цэвэр эрчим хүчийг өргөнөөр ашиглах шинэ эрин үеийг тэсэн ядан хүлээж байна. Тухайн үеийн гайхалтай дүр зураг дээр гудамжаар явж буй Теслагийн цахилгаан машинууд шиг бензинээр бус харин бүрэн цэнэглэгдсэн лити батерейгаар ажилладаг шинэ машинуудыг харж болно. Зам дагуух шатахуун түгээх станцуудыг цэнэглэх станцуудаар солино. Хамгийн сүүлийн мэдээ гэвэл Шанхай хотын захиргаа Теслагийн цахилгаан машиныг лицензгүй болгох бодлогыг зарлаж, Хятадад супер цэнэглэгч үйлдвэрлэхийг дэмжиж байна.

Гэхдээ цахилгаан машины батарей нь гар утасны батарейгаас тийм ч их ялгаатай биш учраас гэрэлт ирээдүй бүрхэг байж магадгүй юм. Гар утас хэрэглэгчид ихэвчлэн батерейны ашиглалтын талаар санаа зовдог. Олон хүний ​​утас өглөө дүүрдэг, үдээс хойш дөхөхөөр өдөрт нэг удаа цэнэглэх шаардлага гардаг. Зөөврийн компьютерууд ч мөн адил асуудалтай тул шүүс нь хэдхэн цагийн дотор дуусдаг. Цахилгаан машинууд осолдохоор хол зайд явдаггүй, байнга цэнэглэх шаардлагатай байдаг тул ашиглалтын талаар эргэлзэж байна. Теслагийн загвар нь одоогоор зах зээл дээр байгаа цорын ганц цахилгаан машин бөгөөд энэ нь амжилт юм. Энэхүү загвар нь нэг цэнэглэлтээр 480 км замыг туулах чадвартай нь хамгийн анхаарал татахуйц загвар юм.

Батерей яагаад дуусдаггүй вэ? Тухайн орон зайд бодис хадгалах энергийн хэмжээг эрчим хүчний нягт гэж нэрлэдэг. Батерейны эрчим хүчний нягтрал бага байна. Нэг кг тутамд үйлдвэрлэсэн эрчим хүчний хувьд бид өдөрт 50 мегажоуль бензин хэрэглэж чаддаг бол лити батерей дунджаар 1 мегажоулаас бага байдаг. Бусад төрлийн батерейнууд ч маш бага түвшинд ажилладаг. Мэдээжийн хэрэг, бид зайг хязгааргүй болгож чадахгүй; Батерейны хүчин чадлыг нэмэгдүүлэхийн тулд бид зөвхөн батерейны эрчим хүчний нягтралыг сайжруулахад анхаарлаа төвлөрүүлж болох боловч олон бэрхшээл тулгардаг. Энэ технологид ямар бэрхшээл тулгарч байна вэ? Сурвалжлагч Жэжян их сургуулийн химийн дэд профессор Лю Рунтай ярилцлага хийж, түгээмэл хэрэглэгддэг литийн батерейны дотоод бүтцийн нууцад дүн шинжилгээ хийжээ.

Электролит нь маш чухал юм

Электрон дамжуулалтаас болж батерей нь эрчим хүчээр хангах боломжтой. Зайг хэлхээнд холбох үед унтраалга унтарч, гүйдэл асаалттай байна. Энэ үед электронууд сөрөг терминалаас зугтаж, хэлхээгээр дамжин эерэг терминал руу урсдаг. Энэ явцад цахилгаан хэрэгсэл нь Tesla цахилгаан машин жолоодож байгаа шиг таны утсыг хэвийн байлгах болно.

Литиум батерейны электронууд нь литигээр тэжээгддэг. Хэрэв та батерейг литигээр дүүргэх юм бол эрчим хүчний нягтрал нэмэгдэхгүй гэж үү? Харамсалтай нь литийн батерейг цэнэглэх боломжтой болгохын тулд түүний дотоод бүтцийг эрчим хүчний тодорхой нягтралаар нь үнэлэх ёстой. Лити батерейны дотоод бүтцэд электролит, сөрөг өгөгдөл, эерэг өгөгдөл, цоорхой байдаг бөгөөд тус бүр өөрийн гэсэн тусгай процесстой, онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд зайлшгүй шаардлагатай гэдгийг Лю онцолжээ. Энэ бүтэц нь лити-ион батерейны эрчим хүчний нягтыг хязгаарладаг.

Эхнийх нь батерейны чухал суваг болох электролитууд юм. Батерей цэнэггүй болоход литийн атомууд электроноо алдаж, литийн ион болж, цэнэглэх үед батерейны нэг үзүүрээс нөгөө зах руу гүйж, буцаж ирэх шаардлагатай болдог. гэж Лю хэлэв. Электролит нь батерейны хойд ба өмнөд туйл дахь литийн ионуудыг хадгалж, батерейг тасралтгүй ажиллуулах түлхүүр юм. Электролит нь гол мөрөн шиг, литийн ионууд нь загас шиг байдаг. Хэрвээ голын ус хатаж, загас нөгөө тал руугаа гарч чадахгүй бол литийн батерейнууд зөв ажиллахгүй.

Электролитийн гоо үзэсгэлэн нь электрон биш харин зөвхөн литийн ионыг зөөвөрлөж, хэлхээг холбосон үед батарейг цэнэглэдэг. Үүний зэрэгцээ литийн ионууд нь электролитийн дагуу эмх цэгцтэй, тодорхой тодорхойлогдсон байдлаар хөдөлдөг тул электронууд үргэлж нэг чиглэлд хөдөлж, гүйдэл үүсгэдэг.

Тогтвортой эерэг ба сөрөг туйл

Электролит нь эрчим хүч өгдөггүй ч лити-ион батерейнд хүнд бөгөөд зайлшгүй шаардлагатай байдаг. Тэгвэл яагаад бал чулуун дээр суурилсан сөрөг мэдээлэл илүү байдаггүй юм бэ? Графит, харандааны утас хийхэд ашигладаг материал нь электроноор хангах үүрэгтэй биш юм. “Энэ нь цэнэглэх цаг зөв эсэхийг шалгах явдал юм” гэж ноён Лю хэлэв.