Nowy sektor energetyczny przeżywa ostatnio rozkwit. Dziś porozmawiamy o rozwoju i zasadach działania baterii i baterii do telefonów komórkowych.

1. Zasada działania baterii

Urządzenie, które bezpośrednio przetwarza energię chemiczną, świetlną, cieplną itp. na energię elektryczną, nazywa się baterią. Obejmuje baterie chemiczne, baterie jądrowe itp., a to, co zwykle nazywamy bateriami, ogólnie odnosi się do baterii chemicznych.

Praktyczne baterie chemiczne dzielą się na baterie galwaniczne i akumulatory. Baterie, z którymi stykamy się na co dzień, to głównie akumulatory. Akumulator należy naładować przed użyciem, a następnie można go rozładować. Podczas ładowania energia elektryczna jest przekształcana w energię chemiczną; podczas rozładowywania energia chemiczna jest przekształcana w energię elektryczną.

Gdy akumulator jest rozładowany, prąd jest przenoszony z elektrody dodatniej na elektrodę ujemną przez obwód zewnętrzny. W elektrolicie jony dodatnie i jony ujemne są odpowiednio przesyłane do elektrod, a prąd jest przesyłany z elektrody ujemnej do elektrody dodatniej. Gdy bateria jest rozładowana, dwie elektrody przechodzą reakcję chemiczną, a obwód zostaje rozłączony lub zachodzi reakcja chemiczna. Gdy materiał zostanie wyczerpany, wyładowanie zostanie zatrzymane.

W zależności od materiałów użytych wewnątrz baterii, bateria może być ładowana lub jednorazowa. Niektóre reakcje chemiczne są odwracalne, a inne nieodwracalne.

Pojemność i szybkość akumulatora zależą od materiału, z którego jest wykonany.

2 Historia baterii do telefonów komórkowych

Baterie do telefonów komórkowych można zasadniczo podzielić na trzy etapy: bateria Ni-Cd → bateria Ni-MH →

Z nazw tych trzech etapów widać, że zmieniają się główne pierwiastki chemiczne stosowane w bateriach, aw bateriach pojawia się coraz więcej innowacji technologicznych. Można nawet powiedzieć, że bez baterii litowych nie byłoby dziś mobilnego inteligentnego życia.

Kiedy telefony komórkowe pojawiły się po raz pierwszy w latach 1980., nazywano je również „telefonami komórkowymi”. Z nazwy widać, że jest ogromny. Głównym powodem, dla którego jest duży, jest duża bateria.

W latach 1990. pojawiły się akumulatory Ni-MH, które są mniejsze i bardziej przyjazne dla środowiska. Gwiezdny produkt Motoroli, StarTAC, wykorzystuje baterie niklowo-metalowo-wodorkowe, które są wystarczająco małe, aby podważyć ludzką percepcję. StarTAC328, wydany w 1996 roku, był pierwszym na świecie telefonem z klapką, ważącym zaledwie 87 gramów.

Na początku lat 1990. pojawiły się również baterie litowe. W 1992 roku firma Sony wprowadziła do swoich produktów własną baterię litową, ale ze względu na wysoką cenę i brak doskonałej mocy mogła być używana tylko we własnych produktach. Następnie, wraz z innowacjami technologicznymi materiałów do akumulatorów litowych i postępem technologii produkcji, jej pojemność i koszt uległy poprawie i stopniowo zyskały przychylność większej liczby producentów. Oficjalnie nadeszła era baterii litowych.

Bateria litowa i Nagroda Nobla

Chociaż wymiana telefonów komórkowych rozwija się szybko, rozwój baterii do telefonów komórkowych jest stosunkowo powolny. Według danych ankietowych pojemność akumulatorów wzrasta tylko o 10% co 10 lat. Niemal niemożliwe jest znaczne zwiększenie pojemności baterii do telefonów komórkowych w krótkim czasie, więc dziedzina baterii do telefonów komórkowych ma również nieograniczone możliwości i potencjał.

Nagroda Nobla w dziedzinie chemii 2019 została przyznana profesorowi Johnowi Goodenough, Stanleyowi Whittinghamowi i dr Akira Yoshino za ich pracę w dziedzinie baterii litowych. W rzeczywistości co roku przed wygraną niektórzy ludzie przewidują, czy wygrają baterie litowe. Postęp baterii litowych ma ogromny wpływ i wkład w społeczeństwo, a ich nagrody są zasłużone.

Pierwszy kryzys naftowy wojny na Bliskim Wschodzie w latach 1970. uświadomił ludziom, jak ważne jest pozbycie się uzależnienia od ropy. Wejście na nowe źródła energii może zastąpić ropę. Również kraje entuzjastyczne stworzyły nowe szczyty w badaniach i rozwoju akumulatorów. Pod wpływem kryzysu naftowego ma nadzieję wnieść wkład w dziedzinie alternatywnych źródeł energii.

Lit, starożytny pierwiastek wyprodukowany w pierwszych minutach Wielkiego Wybuchu, został po raz pierwszy odkryty przez szwedzkich chemików w postaci jonów litu na początku XIX wieku. Jest niezwykle reaktywny. Jego słabość tkwi w reaktywności, ale jest to również jego mocna strona.

Kiedy czysty lit jest używany jako anoda do ładowania baterii, tworzą się dendryty litu, które mogą powodować zwarcie w baterii, spowodować pożar, a nawet wybuch, ale naukowcy nigdy nie zrezygnowali z baterii litowych.

Trzej laureaci Nagrody Nobla: Stanley Whittingham był pierwszą w pełni funkcjonalną baterią litową, która na początku lat 1970. działała w temperaturze pokojowej, wykorzystując potężny napęd litu do uwalniania zewnętrznych elektronów;

Bateria Whittinghama może generować nieco ponad dwa wolty. W 1980 Goodenough odkrył, że użycie litu kobaltowego w katodzie może podwoić napięcie. Podwoił potencjał baterii, a materiał katody o wysokiej gęstości energii jest bardzo lekki, ale może sprawić, że bateria będzie mocniejsza. Stworzył lepsze warunki do rozwoju bardziej użytecznych akumulatorów;

W 1985 roku Akase Yoshino opracował pierwszego robota komercyjnego. Wybrał kwas litowo-kobaltowy używany przez Goodeneuf jako katodę i z powodzeniem zastąpił stop litu węglem jako elektrodą ujemną akumulatora. Opracował baterię litową o stabilnej pracy, niewielkiej wadze, dużej pojemności, bezpiecznej wymianie i znacznie zmniejszonym ryzyku samozapłonu.

To ich badania sprawiły, że baterie litowe znalazły się w niezliczonych produktach elektronicznych, pozwalając nam cieszyć się nowoczesnym, mobilnym życiem. Baterie litowe stworzyły odpowiednie warunki dla bezprzewodowego, wolnego od paliw kopalnych nowego społeczeństwa i przyniosły ludzkości ogromne korzyści.

Technologia nigdy się nie kończy

W tamtych czasach ładowanie zajmowało 10 godzin, a rozmowa 35 minut, ale teraz nasze telefony komórkowe nieustannie iterują. Nie będziemy mieli problemu z ładowaniem przez długi czas, jak robiliśmy to w przeszłości, ale technologia nigdy się nie zatrzymała. Wciąż odkrywamy drogę dużej pojemności, małych rozmiarów i długiej żywotności baterii.

Jak dotąd problem dendrytów baterii litowych wciąż nawiedza badaczy jak duch. W obliczu tego poważnego zagrożenia bezpieczeństwa naukowcy na całym świecie wciąż ciężko pracują. Goodenough, 90-letni laureat Nagrody Nobla, zdecydowanie poświęcił się badaniom i rozwojowi akumulatorów półprzewodnikowych.

Przyjacielu, co myślisz o nowej energii? Jakie są twoje perspektywy na przyszłość branży akumulatorów? Jakie są Twoje oczekiwania wobec przyszłych telefonów komórkowych?

Zapraszamy do zostawienia wiadomości do dyskusji, proszę zwrócić uwagę na naukę o czarnych dziurach i przynieść ciekawszą naukę.