Den nye energisektoren har blomstret den siste tiden. I dag skal vi snakke om utviklingen og arbeidsprinsippene for batterier og mobiltelefonbatterier.

1. Arbeidsprinsippet til batteriet

Enheten som direkte kan omdanne kjemisk energi, lysenergi, varmeenergi osv. til elektrisk energi kalles et batteri. Det inkluderer kjemiske batterier, atombatterier osv., og det vi vanligvis kaller batterier refererer generelt til kjemiske batterier.

Praktiske kjemiske batterier er delt inn i primærbatterier og akkumulatorer. Batteriene vi kommer i kontakt med i vårt daglige liv er hovedsakelig akkumulatorer. Batteriet må lades før bruk, og deretter kan det lades ut. Ved lading omdannes den elektriske energien til kjemisk energi; ved utlading omdannes den kjemiske energien til elektrisk energi.

Når batteriet er utladet, overføres strømmen fra den positive elektroden til den negative elektroden gjennom en ekstern krets. I elektrolytten blir de positive ionene og de negative ionene overført til elektrodene, og strømmen overføres fra den negative elektroden til den positive elektroden. Når batteriet er utladet, gjennomgår de to elektrodene en kjemisk reaksjon, og kretsen kobles fra eller det oppstår en kjemisk reaksjon. Når materialet er oppbrukt, vil utslippet stoppe.

Avhengig av materialene som brukes inne i batteriet, kan batteriet være oppladbart eller ikke-oppladbart. Noen kjemiske reaksjoner er reversible, og noen er irreversible.

Kapasiteten og hastigheten til batteriet avhenger av materialet.

2 Historien om mobiltelefonbatterier

Mobiltelefonbatterier kan i utgangspunktet deles inn i tre stadier: Ni-Cd-batteri → Ni-MH-batteri →

Fra navnene på disse tre stadiene kan vi se at de viktigste kjemiske elementene som brukes i batterier er i endring, og det er flere teknologiske nyvinninger i batterier. Vi kan til og med si at uten litiumbatterier ville det ikke vært noe mobilt smart liv i dag.

Da mobiltelefoner først dukket opp på 1980-tallet, ble de også kalt “mobiltelefoner”. Av navnet kan vi se at det er enormt. Hovedgrunnen til at den er stor er på grunn av det store batteriet.

På 1990-tallet dukket det opp Ni-MH-batterier, som er mindre og mer miljøvennlige. Motorolas stjerneprodukt StarTAC bruker nikkelmetallhydridbatterier, som er små nok til å undergrave folks oppfatning. StarTAC328, utgitt i 1996, var verdens første flip-telefon, og veide bare 87 gram.

På begynnelsen av 1990-tallet dukket det også opp litiumbatterier. I 1992 introduserte Sony sitt eget litiumbatteri i produktene sine, men på grunn av den høye prisen og mangelen på utmerket kraft kunne det kun brukes i sine egne produkter. Deretter, med den teknologiske innovasjonen av litiumbatterimaterialer og fremgangen innen produksjonsteknologi, har kapasiteten og kostnadene blitt forbedret, og gradvis vunnet flere produsenters fordel. Tiden med litiumbatterier har offisielt kommet.

Litiumbatteri og Nobelprisen

Selv om utskiftingen av mobiltelefoner utvikler seg raskt, går utviklingen av mobiltelefonbatterier relativt sakte. I følge undersøkelsesdata øker kapasiteten til batterier bare med 10 % hvert 10. år. Det er nesten umulig å øke kapasiteten til mobiltelefonbatterier vesentlig på kort tid, så feltet mobiltelefonbatterier har også ubegrensede muligheter og potensialer.

Nobelprisen i kjemi 2019 ble tildelt professor John Goodenough, Stanley Whittingham og Dr. Akira Yoshino for deres arbeid innen litiumbatterier. Faktisk, hvert år før de vinner, spår noen mennesker om litiumbatterier vil vinne. Fremgangen til litiumbatterier har stor innvirkning og bidrag til samfunnet, og prisene deres er velfortjente.

Den første oljekrisen i Midtøsten-krigen på 1970-tallet førte til at folk innså viktigheten av å bli kvitt avhengigheten av olje. Å gå inn i nye energikilder kan erstatte olje. Også entusiastiske land har skapt nye høyder innen forskning og utvikling av batterier. Med virkningen av oljekrisen håper han å gi bidrag innen alternativ energi.

Som et eldgammelt grunnstoff produsert i de første minuttene av Big Bang, ble litium først oppdaget av svenske kjemikere i form av litiumioner på begynnelsen av 19-tallet. Den er ekstremt reaktiv. Dens svakhet ligger i reaktiviteten, men den er også dens styrker.

Når rent litium brukes som anode for å lade et batteri, dannes det litiumdendritter, som kan forårsake kortslutning i batteriet, forårsake brann eller til og med eksplosjon, men forskerne har aldri gitt opp litiumbatterier.

Tre nobelprisvinnere: Stanley Whittingham var det første fullt funksjonelle litiumbatteriet som fungerte ved romtemperatur på begynnelsen av 1970-tallet, ved å bruke litiums kraftige drivkraft for å frigjøre eksterne elektroner;

Whittinghams batteri kan generere litt over to volt. I 1980 oppdaget Goodenough at bruk av koboltlitium i katoden kan doble spenningen. Han doblet potensialet til batteriet, og katodematerialet med høy energitetthet er veldig lett, men det kan gjøre et sterkere batteri. Han skapte bedre forhold for utvikling av mer nyttige batterier;

I 1985 utviklet Akase Yoshino den første kommersielle roboten. Han valgte litiumkoboltsyren brukt av Goodeneuf som katode og erstattet med hell litiumlegeringen med karbon som den negative elektroden til batteriet. Han utviklet et litiumbatteri med stabil drift, lav vekt, stor kapasitet, sikker utskifting og sterkt redusert risiko for selvantennelse.

Det er deres forskning som har presset litiumbatterier til utallige elektroniske produkter, slik at vi kan nyte moderne mobilliv. Litiumbatterier har skapt passende forhold for et trådløst, fossilt brenselfritt nytt samfunn, og kommet menneskeheten til stor nytte.

Teknologien stopper aldri

På den tiden tok det 10 timer å lade og 35 minutter å snakke, men nå gjentar mobiltelefonene våre hele tiden. Vi vil ikke være gjenstand for ladeproblemet på lenge som vi gjorde tidligere, men teknologien har aldri stoppet. Vi utforsker fortsatt veien for stor kapasitet, liten størrelse og lang batterilevetid.

Så langt hjemsøker dendrittproblemet med litiumbatterier fortsatt forskere som et spøkelse. Overfor denne store sikkerhetsrisikoen jobber forskere over hele verden fortsatt hardt. Goodenough, den 90 år gamle nobelprisvinneren, har resolutt viet seg til forskning og utvikling av solid-state batterier.

Venn, hva synes du om ny energi? Hva er dine utsikter for fremtiden for batterifeltet? Hva er dine forventninger til fremtidige mobiltelefoner?

Velkommen til å legge igjen en melding for å diskutere, vær oppmerksom på svart hullsvitenskap og gi deg mer interessant vitenskap.