Nový energetický sektor v poslednej dobe zažíva boom. Dnes si povieme niečo o vývoji a princípoch fungovania batérií a batérií mobilných telefónov.

1. Princíp činnosti batérie

Zariadenie, ktoré dokáže priamo premieňať chemickú energiu, svetelnú energiu, tepelnú energiu atď. na elektrickú energiu, sa nazýva batéria. Zahŕňa chemické batérie, jadrové batérie atď., a to, čo zvyčajne nazývame batériami, sa vo všeobecnosti vzťahuje na chemické batérie.

Praktické chemické batérie sa delia na primárne batérie a akumulátory. Batérie, s ktorými prichádzame do styku v každodennom živote, sú hlavne akumulátory. Pred použitím je potrebné batériu nabiť a potom ju možno vybiť. Pri nabíjaní sa elektrická energia premieňa na chemickú energiu; pri vybíjaní sa chemická energia premieňa na elektrickú energiu.

Keď je batéria vybitá, prúd sa prenáša z kladnej elektródy na zápornú elektródu cez vonkajší obvod. V elektrolyte sa kladné ióny a záporné ióny prenášajú na elektródy a prúd sa prenáša zo zápornej elektródy na kladnú elektródu. Keď sa batéria vybije, obe elektródy prejdú chemickou reakciou a obvod sa odpojí alebo dôjde k chemickej reakcii. Po vyčerpaní materiálu sa vypúšťanie zastaví.

V závislosti od materiálov použitých vo vnútri batérie môže byť batéria nabíjateľná alebo nenabíjateľná. Niektoré chemické reakcie sú reverzibilné a niektoré nevratné.

Kapacita a rýchlosť batérie závisí od jej materiálu.

2 História batérií mobilných telefónov

Batérie mobilných telefónov možno v zásade rozdeliť do troch stupňov: Ni-Cd batéria → Ni-MH batéria →

Z názvov týchto troch stupňov môžeme vidieť, že hlavné chemické prvky používané v batériách sa menia a v batériách je viac technologických inovácií. Dokonca môžeme povedať, že bez lítiových batérií by dnes neexistoval žiadny mobilný inteligentný život.

Keď sa mobilné telefóny prvýkrát objavili v osemdesiatych rokoch minulého storočia, nazývali sa aj „mobilné telefóny“. Už podľa názvu vidíme, že je obrovský. Hlavným dôvodom, prečo je veľký, je jeho veľká batéria.

V 1990. rokoch sa objavili Ni-MH batérie, ktoré sú menšie a ekologickejšie. Hviezdny produkt Motoroly StarTAC používa nikel-metal hydridové batérie, ktoré sú dostatočne malé na to, aby podkopali vnímanie ľudí. StarTAC328, uvedený na trh v roku 1996, bol prvým vyklápacím telefónom na svete s hmotnosťou iba 87 gramov.

Začiatkom 1990. rokov sa objavili aj lítiové batérie. V roku 1992 spoločnosť Sony zaviedla do svojich produktov vlastnú lítiovú batériu, ktorá sa však pre vysokú cenu a nedostatok vynikajúceho výkonu dala použiť iba vo vlastných produktoch. Následne s technologickou inováciou materiálov lítiových batérií a pokrokom vo výrobnej technológii sa jej kapacita a cena zlepšili a postupne si získali priazeň viacerých výrobcov. Oficiálne nastala éra lítiových batérií.

Lítiová batéria a Nobelova cena

Hoci sa obmena mobilných telefónov rýchlo rozvíja, vývoj batérií mobilných telefónov je pomerne pomalý. Podľa údajov z prieskumu sa kapacita batérií zvyšuje len o 10 % každých 10 rokov. Výrazne zvýšiť kapacitu batérií mobilných telefónov v krátkom čase je takmer nemožné, preto má aj oblasť batérií mobilných telefónov neobmedzené možnosti a potenciál.

Nobelovu cenu za chémiu za rok 2019 získali profesor John Goodenough, Stanley Whittingham a Dr. Akira Yoshino za prácu v oblasti lítiových batérií. V skutočnosti každý rok predtým, ako vyhrajú, niektorí ľudia predpovedajú, či vyhrajú lítiové batérie. Pokrok lítiových batérií má veľký vplyv a prínos pre spoločnosť a ich ocenenia sú zaslúžené.

Prvá ropná kríza vo vojne na Blízkom východe v 1970. rokoch priviedla ľudí k tomu, aby si uvedomili dôležitosť zbavenia sa závislosti od ropy. Vstup do nových zdrojov energie môže nahradiť ropu. Aj nadšené krajiny vytvorili nové vrcholy vo výskume a vývoji batérií. V dôsledku ropnej krízy dúfa, že prispeje v oblasti alternatívnej energie.

Lítium ako staroveký prvok produkovaný v prvých minútach Veľkého tresku prvýkrát objavili švédski chemici vo forme lítiových iónov na začiatku 19. storočia. Je mimoriadne reaktívny. Jeho slabina spočíva v reaktivite, no zároveň je aj jeho silnou stránkou.

Keď sa čisté lítium používa ako anóda na nabíjanie batérie, vznikajú lítiové dendrity, ktoré môžu spôsobiť skrat v batérii, spôsobiť požiar alebo dokonca výbuch, no výskumníci nikdy nezanevreli na lítiové batérie.

Traja nositelia Nobelovej ceny: Stanley Whittingham bola prvou plne funkčnou lítiovou batériou, ktorá pracovala pri izbovej teplote na začiatku 1970. rokov minulého storočia, pričom využívala silný pohon lítia na uvoľňovanie vonkajších elektrónov;

Whittinghamova batéria dokáže generovať niečo cez dva volty. V roku 1980 Goodenough zistil, že použitie kobaltového lítia v katóde môže zdvojnásobiť napätie. Zdvojnásobil potenciál batérie a materiál katódy s vysokou energetickou hustotou je veľmi ľahký, ale dokáže vytvoriť silnejšiu batériu. Vytvoril lepšie podmienky pre vývoj užitočnejších batérií;

V roku 1985 Akase Yoshino vyvinul prvý komerčný robot. Ako katódu zvolil lítium-kobaltovú kyselinu, ktorú používa Goodeneuf, a úspešne nahradil zliatinu lítia uhlíkom ako zápornú elektródu batérie. Vyvinul lítiovú batériu so stabilnou prevádzkou, nízkou hmotnosťou, veľkou kapacitou, bezpečnou výmenou a výrazne zníženým rizikom samovznietenia.

Práve ich výskum posunul lítiové batérie do nespočetných elektronických produktov, čo nám umožňuje užívať si moderný mobilný život. Lítiové batérie vytvorili vhodné podmienky pre bezdrôtovú novú spoločnosť bez fosílnych palív a boli veľkým prínosom pre ľudstvo.

Technológia sa nikdy nezastaví

V tých dňoch trvalo nabíjanie 10 hodín a 35 minút hovoru, no teraz sa naše mobilné telefóny neustále opakujú. Nebudeme mať problém s nabíjaním ešte dlho ako v minulosti, no technológia sa nikdy nezastavila. Stále skúmame cestu veľkej kapacity, malých rozmerov a dlhej výdrže batérie.

Problém s dendritom lítiových batérií stále prenasleduje výskumníkov ako duch. Tvárou v tvár tomuto veľkému bezpečnostnému riziku vedci na celom svete stále tvrdo pracujú. Goodenough, 90-ročný nositeľ Nobelovej ceny, sa odhodlane venoval výskumu a vývoju polovodičových batérií.

Priateľ, čo si myslíš o novej energii? Aké sú vaše vyhliadky do budúcnosti v oblasti batérií? Aké sú vaše očakávania od budúcich mobilných telefónov?

Vitajte a zanechajte odkaz na diskusiu, venujte prosím pozornosť vede o čiernych dierach a prineste vám zaujímavejšiu vedu.