Sektor tenaga baharu telah berkembang pesat baru-baru ini. Hari ini kita akan bercakap tentang pembangunan dan prinsip kerja bateri dan bateri telefon bimbit.

1. Prinsip kerja bateri

Peranti yang secara langsung boleh menukar tenaga kimia, tenaga cahaya, tenaga haba, dan lain-lain kepada tenaga elektrik dipanggil bateri. Ia termasuk bateri kimia, bateri nuklear, dsb., dan apa yang biasa kita panggil bateri biasanya merujuk kepada bateri kimia.

Bateri kimia praktikal dibahagikan kepada bateri primer dan penumpuk. Bateri yang kita temui dalam kehidupan seharian kita adalah terutamanya penumpuk. Bateri perlu dicas sebelum digunakan, dan kemudian ia boleh dinyahcas. Apabila mengecas, tenaga elektrik ditukar kepada tenaga kimia; apabila dinyahcas, tenaga kimia ditukar kepada tenaga elektrik.

Apabila bateri dinyahcas, arus dipindahkan dari elektrod positif ke elektrod negatif melalui litar luaran. Dalam elektrolit, ion positif dan ion negatif masing-masing dihantar ke elektrod, dan arus dihantar dari elektrod negatif ke elektrod positif. Apabila bateri dinyahcas, kedua-dua elektrod mengalami tindak balas kimia, dan litar diputuskan atau tindak balas kimia berlaku. Apabila bahan habis, pelepasan akan berhenti.

Bergantung pada bahan yang digunakan di dalam bateri, bateri boleh dicas semula atau tidak boleh dicas semula. Sesetengah tindak balas kimia boleh diterbalikkan, dan ada yang tidak boleh diterbalikkan.

Kapasiti dan kelajuan bateri bergantung pada bahannya.

2 Sejarah bateri telefon bimbit

Bateri telefon mudah alih pada asasnya boleh dibahagikan kepada tiga peringkat: Bateri Ni-Cd → Bateri Ni-MH →

Daripada nama tiga peringkat ini, kita dapat melihat bahawa unsur kimia utama yang digunakan dalam bateri berubah, dan terdapat lebih banyak inovasi teknologi dalam bateri. Kita juga boleh mengatakan bahawa tanpa bateri litium, tidak akan ada kehidupan pintar mudah alih hari ini.

Apabila telefon bimbit pertama kali muncul pada tahun 1980-an, ia juga dipanggil “telefon mudah alih.” Dari namanya, kita dapat melihat bahawa ia sangat besar. Sebab utama mengapa ia besar adalah kerana baterinya yang besar.

Pada tahun 1990-an, bateri Ni-MH muncul, yang lebih kecil dan lebih mesra alam. Produk bintang Motorola StarTAC menggunakan bateri hidrida logam nikel, yang cukup kecil untuk menjejaskan persepsi orang ramai. StarTAC328, dikeluarkan pada tahun 1996, ialah telefon selip pertama di dunia, dengan berat hanya 87 gram.

Pada awal 1990-an, bateri litium juga muncul. Pada tahun 1992, Sony memperkenalkan bateri litiumnya sendiri ke dalam produknya, tetapi disebabkan harga yang tinggi dan kekurangan kuasa yang sangat baik, ia hanya boleh digunakan dalam produknya sendiri. Selepas itu, dengan inovasi teknologi bahan bateri litium dan kemajuan teknologi pembuatan, kapasiti dan kosnya telah dipertingkatkan, dan secara beransur-ansur memenangi lebih banyak pengeluar. Era bateri litium telah tiba secara rasmi.

Bateri litium dan Hadiah Nobel

Walaupun penggantian telefon bimbit berkembang pesat, pembangunan bateri telefon bimbit agak perlahan. Menurut data tinjauan, kapasiti bateri hanya meningkat sebanyak 10% setiap 10 tahun. Hampir mustahil untuk meningkatkan kapasiti bateri telefon bimbit dengan ketara dalam tempoh masa yang singkat, jadi bidang bateri telefon bimbit juga mempunyai kemungkinan dan potensi yang tidak terhad.

Hadiah Nobel Kimia 2019 telah dianugerahkan kepada Profesor John Goodenough, Stanley Whittingham dan Dr. Akira Yoshino atas kerja mereka dalam bidang bateri litium. Malah, setiap tahun sebelum mereka menang, sesetengah orang meramalkan sama ada bateri litium akan menang. Kemajuan bateri litium mempunyai impak dan sumbangan yang besar kepada masyarakat, dan anugerah mereka sememangnya layak.

Krisis minyak pertama perang Timur Tengah pada tahun 1970-an menyebabkan orang ramai menyedari kepentingan untuk menghilangkan pergantungan kepada minyak. Memasuki sumber tenaga baru boleh menggantikan minyak. Negara-negara yang bersemangat juga telah mencipta tahap baharu dalam penyelidikan dan pembangunan bateri. Dengan kesan krisis minyak, beliau berharap dapat memberi sumbangan dalam bidang tenaga alternatif.

Sebagai unsur purba yang dihasilkan dalam beberapa minit pertama Letupan Besar, litium pertama kali ditemui oleh ahli kimia Sweden dalam bentuk ion litium pada awal abad ke-19. Ia sangat reaktif. Kelemahannya terletak pada kereaktifan, tetapi ia juga adalah kekuatannya.

Apabila litium tulen digunakan sebagai anod untuk mengecas bateri, dendrit litium terbentuk, yang boleh menyebabkan litar pintas dalam bateri, menyebabkan kebakaran atau bahkan letupan, tetapi penyelidik tidak pernah berputus asa dengan bateri litium.

Tiga pemenang Hadiah Nobel: Stanley Whittingham ialah bateri litium berfungsi sepenuhnya pertama yang berfungsi pada suhu bilik pada awal 1970-an, menggunakan pemacu litium yang berkuasa untuk melepaskan elektron luaran;

Bateri Whittingham boleh menjana lebih sedikit dua volt. Pada tahun 1980, Goodenough mendapati bahawa penggunaan litium kobalt dalam katod boleh menggandakan voltan. Dia menggandakan potensi bateri, dan bahan katod berketumpatan tinggi tenaga adalah sangat ringan, tetapi ia boleh menjadikan bateri lebih kuat. Dia mencipta keadaan yang lebih baik untuk pembangunan bateri yang lebih berguna;

Pada tahun 1985, Akase Yoshino membangunkan robot komersial pertama. Beliau memilih asid litium kobalt yang digunakan oleh Goodeneuf sebagai katod dan berjaya menggantikan aloi litium dengan karbon sebagai elektrod negatif bateri. Dia membangunkan bateri litium dengan operasi yang stabil, ringan, kapasiti besar, penggantian selamat, dan mengurangkan risiko pembakaran spontan.

Penyelidikan merekalah yang telah mendorong bateri litium kepada produk elektronik yang tidak terkira banyaknya, membolehkan kami menikmati kehidupan mudah alih moden. Bateri litium telah mewujudkan keadaan yang sesuai untuk masyarakat baharu tanpa wayar, bebas bahan api fosil, dan banyak memberi manfaat kepada manusia.

Teknologi tidak pernah berhenti

Pada masa itu, ia mengambil masa 10 jam untuk mengecas dan 35 minit untuk bercakap, tetapi kini, telefon bimbit kami sentiasa berulang. Kami tidak akan tertakluk kepada masalah pengecasan untuk masa yang lama seperti yang kami lakukan pada masa lalu, tetapi teknologi tidak pernah berhenti. Kami masih meneroka jalan berkapasiti besar, saiz kecil dan hayat bateri yang panjang.

Setakat ini, masalah dendrit bateri litium masih menghantui penyelidik seperti hantu. Berdepan dengan risiko keselamatan utama ini, saintis di seluruh dunia masih bekerja keras. Goodenough, pemenang Hadiah Nobel berusia 90 tahun, telah dengan tegas menumpukan dirinya kepada penyelidikan dan pembangunan bateri keadaan pepejal.

Kawan, apa pendapat anda tentang tenaga baru? Apakah pandangan anda untuk masa depan medan bateri? Apakah jangkaan anda untuk telefon mudah alih masa hadapan?

Dialu-alukan untuk meninggalkan mesej untuk berbincang, sila beri perhatian kepada sains lubang hitam, dan membawakan anda sains yang lebih menarik.