Noul sector energetic a fost în plină expansiune recent. Astăzi vom vorbi despre dezvoltarea și principiile de funcționare ale bateriilor și bateriilor pentru telefoane mobile.

1. Principiul de funcționare al bateriei

Dispozitivul care poate converti direct energia chimică, energia luminoasă, energia termică etc. în energie electrică se numește baterie. Include baterii chimice, baterii nucleare etc., iar ceea ce numim de obicei baterii se referă în general la bateriile chimice.

Bateriile chimice practice sunt împărțite în baterii primare și acumulatori. Bateriile cu care venim în contact în viața de zi cu zi sunt în principal acumulatori. Bateria trebuie încărcată înainte de utilizare și apoi poate fi descărcată. La încărcare, energia electrică este transformată în energie chimică; la descărcare, energia chimică este transformată în energie electrică.

Când bateria este descărcată, curentul este transferat de la electrodul pozitiv la cel negativ printr-un circuit extern. În electrolit, ionii pozitivi și, respectiv, ionii negativi sunt transmise la electrozi, iar curentul este transmis de la electrodul negativ la electrodul pozitiv. Când bateria este descărcată, cei doi electrozi suferă o reacție chimică, iar circuitul este deconectat sau are loc o reacție chimică. Când materialul este epuizat, descărcarea se va opri.

În funcție de materialele folosite în interiorul bateriei, bateria poate fi reîncărcabilă sau nereîncărcabilă. Unele reacții chimice sunt reversibile, iar altele sunt ireversibile.

Capacitatea și viteza bateriei depind de materialul acesteia.

2 Istoria bateriilor de telefoane mobile

Bateriile pentru telefoane mobile pot fi împărțite practic în trei etape: baterie Ni-Cd → baterie Ni-MH →

Din denumirile acestor trei etape, putem observa că principalele elemente chimice utilizate în baterii se schimbă și există mai multe inovații tehnologice în baterii. Putem spune chiar că fără bateriile cu litiu nu ar exista o viață inteligentă mobilă astăzi.

Când telefoanele mobile au apărut pentru prima dată în anii 1980, acestea au fost numite și „telefoane mobile”. Din nume, putem vedea că este uriaș. Motivul principal pentru care este mare este din cauza bateriei sale mari.

În anii 1990 au apărut bateriile Ni-MH, care sunt mai mici și mai ecologice. Produsul star de la Motorola, StarTAC, folosește baterii cu hidrură metalică de nichel, care sunt suficient de mici pentru a submina percepția oamenilor. StarTAC328, lansat în 1996, a fost primul telefon flip din lume, cântărind doar 87 de grame.

La începutul anilor 1990 au apărut și bateriile cu litiu. În 1992, Sony și-a introdus propria baterie cu litiu în produsele sale, dar din cauza prețului ridicat și a lipsei unei puteri excelente, a putut fi folosită doar în propriile produse. Ulterior, odată cu inovația tehnologică a materialelor bateriilor cu litiu și progresul tehnologiei de fabricație, capacitatea și costul acesteia au fost îmbunătățite și au câștigat treptat favoarea mai multor producători. Era bateriilor cu litiu a sosit oficial.

Baterie cu litiu și Premiul Nobel

Deși înlocuirea telefoanelor mobile se dezvoltă rapid, dezvoltarea bateriilor pentru telefoane mobile este relativ lentă. Potrivit datelor sondajului, capacitatea bateriilor crește doar cu 10% la fiecare 10 ani. Este aproape imposibil să crești semnificativ capacitatea bateriilor de telefoane mobile într-o perioadă scurtă de timp, așa că și domeniul bateriilor de telefoane mobile are posibilități și potențiale nelimitate.

Premiul Nobel pentru Chimie 2019 a fost acordat profesorului John Goodenough, Stanley Whittingham și Dr. Akira Yoshino pentru munca lor în domeniul bateriilor cu litiu. De fapt, în fiecare an înainte de a câștiga, unii oameni prezic dacă bateriile cu litiu vor câștiga. Progresul bateriilor cu litiu are un mare impact și o contribuție în societate, iar premiile lor sunt binemeritate.

Prima criză a petrolului din războiul din Orientul Mijlociu din anii 1970 i-a determinat pe oameni să realizeze importanța scăpării dependenței de petrol. Introducerea de noi surse de energie poate înlocui petrolul. De asemenea, țările entuziaste au creat noi culmi în cercetarea și dezvoltarea bateriilor. Odată cu impactul crizei petrolului, el speră să aducă contribuții în domeniul energiei alternative.

Fiind un element antic produs în primele minute ale Big Bang, litiul a fost descoperit pentru prima dată de chimiștii suedezi sub formă de ioni de litiu la începutul secolului al XIX-lea. Este extrem de reactiv. Slăbiciunea sa constă în reactivitate, dar este și punctele sale forte.

Atunci când litiul pur este folosit ca anod pentru a încărca o baterie, se formează dendrite de litiu, care pot provoca un scurtcircuit în baterie, pot provoca un incendiu sau chiar o explozie, dar cercetătorii nu au renunțat niciodată la bateriile cu litiu.

Trei câștigători ai Premiului Nobel: Stanley Whittingham a fost prima baterie cu litiu complet funcțională care a funcționat la temperatura camerei la începutul anilor 1970, folosind puterea de antrenare a litiului pentru a elibera electroni externi;

Bateria lui Whittingham poate genera puțin peste doi volți. În 1980, Goodenough a descoperit că utilizarea de cobalt litiu în catod poate dubla tensiunea. A dublat potențialul bateriei, iar materialul catodului cu densitate mare de energie este foarte ușor, dar poate face o baterie mai puternică. El a creat condiții mai bune pentru dezvoltarea unor baterii mai utile;

În 1985, Akase Yoshino a dezvoltat primul robot comercial. El a ales acidul litiu-cobalt folosit de Goodeneuf ca catod și a înlocuit cu succes aliajul de litiu cu carbon ca electrod negativ al bateriei. El a dezvoltat o baterie cu litiu cu funcționare stabilă, greutate redusă, capacitate mare, înlocuire sigură și risc foarte redus de ardere spontană.

Cercetarea lor este cea care a împins bateriile cu litiu la nenumărate produse electronice, permițându-ne să ne bucurăm de viața mobilă modernă. Bateriile cu litiu au creat condiții potrivite pentru o nouă societate fără fir, fără combustibili fosili, și au beneficiat foarte mult omenirii.

Tehnologia nu se oprește niciodată

În acele zile, era nevoie de 10 ore pentru încărcare și 35 de minute pentru a vorbi, dar acum, telefoanele noastre mobile se repetă în mod constant. Nu vom fi supuși problemei de încărcare mult timp așa cum am făcut-o în trecut, dar tehnologia nu s-a oprit niciodată. Încă explorăm drumul capacității mari, dimensiunilor mici și autonomiei lungi a bateriei.

Până acum, problema dendritelor bateriilor cu litiu încă îi bântuie pe cercetători ca o fantomă. Confruntați cu acest risc major de securitate, oamenii de știință din întreaga lume încă lucrează din greu. Goodenough, câștigătorul Premiului Nobel în vârstă de 90 de ani, s-a dedicat cu hotărâre cercetării și dezvoltării bateriilor cu stare solidă.

Prietene, ce părere ai despre energia nouă? Care este perspectiva dumneavoastră pentru viitorul domeniului bateriilor? Ce așteptări aveți de la viitoarele telefoane mobile?

Bine ați venit să lăsați un mesaj pentru a discuta, vă rugăm să acordați atenție științei găurii negre și să vă aduceți mai multe științe interesante.