O novo setor de energia está crescendo recentemente. Hoje vamos falar sobre o desenvolvimento e os princípios de funcionamento de baterias e baterias de telefones celulares.

1. O princípio de funcionamento da bateria

O dispositivo que pode converter diretamente energia química, energia luminosa, energia térmica, etc. em energia elétrica é chamado de bateria. Inclui baterias químicas, baterias nucleares, etc., e o que normalmente chamamos de baterias geralmente se refere a baterias químicas.

As baterias químicas práticas são divididas em baterias primárias e acumuladores. As baterias com as quais entramos em contato no dia a dia são principalmente acumuladores. A bateria precisa ser carregada antes do uso e, em seguida, pode ser descarregada. Ao carregar, a energia elétrica é convertida em energia química; ao descarregar, a energia química é convertida em energia elétrica.

Quando a bateria está descarregada, a corrente é transferida do eletrodo positivo para o negativo por meio de um circuito externo. No eletrólito, os íons positivos e os íons negativos são respectivamente transmitidos aos eletrodos, e a corrente é transmitida do eletrodo negativo para o positivo. Quando a bateria está descarregada, os dois eletrodos sofrem uma reação química e o circuito é desconectado ou ocorre uma reação química. Quando o material se exaurir, a descarga será interrompida.

Dependendo dos materiais usados ​​dentro da bateria, a bateria pode ser recarregável ou não recarregável. Algumas reações químicas são reversíveis e outras irreversíveis.

A capacidade e a velocidade da bateria dependem de seu material.

2 A história das baterias de telefones celulares

Baterias de telefones celulares podem ser divididas basicamente em três fases: bateria Ni-Cd → bateria Ni-MH →

Pelos nomes dessas três etapas, podemos ver que os principais elementos químicos usados ​​nas baterias estão mudando, e há mais inovações tecnológicas nas baterias. Podemos até dizer que, sem baterias de lítio, não haveria vida inteligente móvel hoje.

Quando os telefones celulares apareceram pela primeira vez na década de 1980, eles também eram chamados de “telefones celulares”. Pelo nome, podemos ver que é enorme. A principal razão pela qual ele é grande é por causa de sua bateria grande.

Na década de 1990, surgiram as baterias Ni-MH, menores e mais ecologicamente corretas. O produto estrela da Motorola, StarTAC, usa baterias de níquel-hidreto metálico, que são pequenas o suficiente para subverter a percepção das pessoas. O StarTAC328, lançado em 1996, foi o primeiro flip phone do mundo, pesando apenas 87 gramas.

No início dos anos 1990, as baterias de lítio também apareceram. Em 1992, a Sony introduziu sua própria bateria de lítio em seus produtos, mas devido ao alto preço e à falta de energia excelente, ela só poderia ser usada em seus próprios produtos. Posteriormente, com a inovação tecnológica dos materiais da bateria de lítio e o progresso da tecnologia de fabricação, sua capacidade e custo foram aprimorados e, gradualmente, conquistou a preferência de mais fabricantes. A era das baterias de lítio chegou oficialmente.

Bateria de lítio e o Prêmio Nobel

Embora a substituição de telefones celulares esteja se desenvolvendo rapidamente, o desenvolvimento de baterias de telefones celulares é relativamente lento. De acordo com os dados da pesquisa, a capacidade das baterias aumenta apenas 10% a cada 10 anos. É quase impossível aumentar significativamente a capacidade das baterias de telefones celulares em um curto período de tempo, portanto, o campo das baterias de telefones celulares também tem possibilidades e potenciais ilimitados.

O Prêmio Nobel de Química de 2019 foi concedido ao Professor John Goodenough, Stanley Whittingham e Dr. Akira Yoshino por seu trabalho na área de baterias de lítio. Na verdade, todo ano antes de vencer, algumas pessoas prevêem se as baterias de lítio vencerão. O progresso das baterias de lítio tem um grande impacto e contribuição para a sociedade, e seus prêmios são bem merecidos.

A primeira crise do petróleo na guerra do Oriente Médio na década de 1970 levou as pessoas a perceberem a importância de se livrar da dependência do petróleo. A entrada em novas fontes de energia pode substituir o petróleo. Também países entusiasmados alcançaram novos patamares na pesquisa e no desenvolvimento de baterias. Com o impacto da crise do petróleo, ele espera fazer contribuições no campo das energias alternativas.

Como um elemento antigo produzido nos primeiros minutos do Big Bang, o lítio foi descoberto pela primeira vez por químicos suecos na forma de íons de lítio no início do século XIX. É extremamente reativo. Sua fraqueza está na reatividade, mas também em seus pontos fortes.

Quando o lítio puro é usado como ânodo para carregar uma bateria, formam-se dendritos de lítio, que podem causar um curto-circuito na bateria, um incêndio ou mesmo uma explosão, mas os pesquisadores nunca desistiram das baterias de lítio.

Três vencedores do Prêmio Nobel: Stanley Whittingham foi a primeira bateria de lítio totalmente funcional que funcionou em temperatura ambiente no início dos anos 1970, usando o poderoso impulso do lítio para liberar elétrons externos;

A bateria de Whittingham pode gerar um pouco mais de dois volts. Em 1980, Goodenough descobriu que o uso de cobalto-lítio no cátodo pode dobrar a voltagem. Ele dobrou o potencial da bateria, e o material do cátodo de alta densidade de energia é muito leve, mas pode fazer uma bateria mais forte. Ele criou melhores condições para o desenvolvimento de baterias mais úteis;

Em 1985, Akase Yoshino desenvolveu o primeiro robô comercial. Ele escolheu o ácido lítio-cobalto usado por Goodeneuf como cátodo e substituiu com sucesso a liga de lítio por carbono como eletrodo negativo da bateria. Ele desenvolveu uma bateria de lítio com operação estável, peso leve, grande capacidade, substituição segura e risco muito reduzido de combustão espontânea.

É a pesquisa deles que empurrou as baterias de lítio para inúmeros produtos eletrônicos, permitindo-nos aproveitar a vida móvel moderna. As baterias de lítio criaram condições adequadas para uma nova sociedade sem fio e sem combustíveis fósseis, e beneficiaram enormemente a humanidade.

A tecnologia nunca para

Naquela época, demorava 10 horas para carregar e 35 minutos para falar, mas agora, nossos telefones celulares estão em constante iteração. Não estaremos sujeitos ao problema de carregamento por muito tempo como fazíamos no passado, mas a tecnologia nunca parou. Ainda estamos explorando o caminho da grande capacidade, tamanho pequeno e bateria de longa duração.

Até agora, o problema dos dendritos das baterias de lítio ainda assombra os pesquisadores como um fantasma. Diante desse grande risco de segurança, cientistas de todo o mundo ainda estão trabalhando duro. Goodenough, vencedor do Prêmio Nobel de 90 anos, dedicou-se resolutamente à pesquisa e ao desenvolvimento de baterias de estado sólido.

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