Novi energetski sektor je v zadnjem času doživel razcvet. Danes bomo govorili o razvoju in principih delovanja baterij in baterij za mobilne telefone.

1. Načelo delovanja baterije

Naprava, ki lahko neposredno pretvarja kemično energijo, svetlobno energijo, toplotno energijo itd. v električno energijo, se imenuje baterija. Vključuje kemične baterije, jedrske baterije itd., in tisto, kar običajno imenujemo baterije, se na splošno nanaša na kemične baterije.

Praktične kemične baterije se delijo na primarne baterije in akumulatorje. Baterije, s katerimi pridemo v stik v vsakdanjem življenju, so predvsem akumulatorji. Pred uporabo je treba baterijo napolniti, nato pa jo lahko izpraznite. Pri polnjenju se električna energija pretvori v kemično energijo; pri praznjenju se kemična energija pretvori v električno energijo.

Ko je baterija izpraznjena, se tok prenese s pozitivne elektrode na negativno elektrodo preko zunanjega vezja. V elektrolitu se pozitivni ioni oziroma negativni ioni prenašajo na elektrode, tok pa se prenaša z negativne elektrode na pozitivno elektrodo. Ko se baterija izprazni, sta dve elektrodi podvrženi kemični reakciji in vezje se odklopi ali pride do kemične reakcije. Ko je material izčrpan, se izpust ustavi.

Glede na materiale, ki se uporabljajo v notranjosti baterije, je baterija lahko polnilna ali neponovljiva. Nekatere kemične reakcije so reverzibilne, nekatere pa ireverzibilne.

Zmogljivost in hitrost baterije sta odvisna od materiala.

2 Zgodovina baterij za mobilne telefone

Baterije mobilnih telefonov lahko v bistvu razdelimo na tri stopnje: Ni-Cd baterija → Ni-MH baterija →

Iz imen teh treh stopenj lahko vidimo, da se glavni kemični elementi, ki se uporabljajo v baterijah, spreminjajo, v baterijah pa je več tehnoloških novosti. Lahko celo rečemo, da brez litijevih baterij danes ne bi bilo mobilnega pametnega življenja.

Ko so se mobilni telefoni prvič pojavili v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, so jih imenovali tudi “mobilni telefoni”. Iz imena lahko vidimo, da je ogromen. Glavni razlog, zakaj je velik, je velika baterija.

V 1990. letih prejšnjega stoletja so se pojavile Ni-MH baterije, ki so manjše in okolju prijaznejše. Motorolin zvezdniški izdelek StarTAC uporablja nikelj-metal-hidridne baterije, ki so dovolj majhne, ​​da rušijo dojemanje ljudi. StarTAC328, izdan leta 1996, je bil prvi telefon na preklop na svetu, ki je tehtal le 87 gramov.

V začetku devetdesetih let prejšnjega stoletja so se pojavile tudi litijeve baterije. Leta 1990 je Sony v svoje izdelke uvedel lastno litijevo baterijo, ki pa se je zaradi visoke cene in pomanjkanja odlične moči lahko uporabljala le v lastnih izdelkih. Kasneje, s tehnološko inovacijo materialov za litijeve baterije in napredkom proizvodne tehnologije, sta se njena zmogljivost in stroški izboljšali in postopoma pridobili naklonjenost več proizvajalcev. Uradno je prišla doba litijevih baterij.

Litijeva baterija in Nobelova nagrada

Čeprav se zamenjava mobilnih telefonov hitro razvija, je razvoj baterij za mobilne telefone razmeroma počasen. Po podatkih raziskave se zmogljivost baterij vsakih 10 let poveča le za 10 %. V kratkem času je skoraj nemogoče bistveno povečati kapaciteto baterij za mobilne telefone, zato ima tudi področje baterij za mobilne telefone neomejene možnosti in potenciale.

Nobelovo nagrado za kemijo 2019 so prejeli profesor John Goodenough, Stanley Whittingham in dr. Akira Yoshino za njihovo delo na področju litijevih baterij. Pravzaprav nekateri vsako leto, preden zmagajo, napovedujejo, ali bodo zmagale litijeve baterije. Napredek litijevih baterij ima velik vpliv in prispevek k družbi, njihova priznanja pa so zaslužena.

Prva naftna kriza vojne na Bližnjem vzhodu v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je ljudi pripeljala do spoznanja, kako pomembno je, da se znebimo odvisnosti od nafte. Vstop v nove vire energije lahko nadomesti nafto. Tudi navdušene države so dosegle nove višine v raziskavah in razvoju baterij. Ob vplivu naftne krize upa, da bo prispeval tudi na področju alternativne energije.

Kot starodavni element, ki je nastal v prvih nekaj minutah Velikega poka, so litij prvič odkrili švedski kemiki v obliki litijevih ionov v začetku 19. stoletja. Je izjemno reaktiven. Njegova slabost je v reaktivnosti, vendar je tudi njegove prednosti.

Ko se čisti litij uporablja kot anoda za polnjenje baterije, nastanejo litijevi dendriti, ki lahko povzročijo kratek stik v bateriji, povzročijo požar ali celo eksplozijo, a raziskovalci se litijevim baterijam nikoli niso odrekli.

Trije dobitniki Nobelove nagrade: Stanley Whittingham je bila prva popolnoma funkcionalna litijeva baterija, ki je v zgodnjih sedemdesetih letih 1970. stoletja delovala pri sobni temperaturi in je uporabljala močan pogon litija za sproščanje zunanjih elektronov;

Whittinghamova baterija lahko proizvede nekaj več kot dva volta. Leta 1980 je Goodenough odkril, da lahko uporaba kobaltovega litija v katodi podvoji napetost. Podvojil je potencial baterije, katodni material z visoko energijsko gostoto pa je zelo lahek, vendar lahko naredi močnejšo baterijo. Ustvaril je boljše pogoje za razvoj uporabnejših baterij;

Leta 1985 je Akase Yoshino razvil prvega komercialnega robota. Za katodo je izbral litij-kobaltno kislino, ki jo uporablja Goodeneuf, in uspešno zamenjal litijevo zlitino z ogljikom kot negativno elektrodo baterije. Razvil je litijevo baterijo s stabilnim delovanjem, majhno težo, veliko kapaciteto, varno zamenjavo in močno zmanjšanim tveganjem za spontani vžig.

Njihove raziskave so potisnile litijeve baterije v nešteto elektronskih izdelkov, kar nam omogoča, da uživamo v sodobnem mobilnem življenju. Litijeve baterije so ustvarile ustrezne pogoje za brezžično novo družbo brez fosilnih goriv in zelo koristile človeštvu.

Tehnologija se nikoli ne ustavi

V tistih dneh je trajalo 10 ur za polnjenje in 35 minut za pogovor, zdaj pa se naši mobilni telefoni nenehno ponavljajo. Še dolgo ne bomo izpostavljeni težavam s polnjenjem kot v preteklosti, vendar se tehnologija še nikoli ni ustavila. Še vedno raziskujemo cesto velike zmogljivosti, majhne velikosti in dolge življenjske dobe baterije.

Doslej problem dendritov litijevih baterij raziskovalce še vedno preganja kot duh. Znanstveniki po vsem svetu soočeni s tem velikim varnostnim tveganjem še vedno trdo delajo. Goodenough, 90-letni Nobelov nagrajenec, se je odločno posvetil raziskavam in razvoju polprevodniških baterij.

Prijatelj, kaj menite o novi energiji? Kakšni so vaši obeti za prihodnost področja baterij? Kakšna so vaša pričakovanja glede prihodnjih mobilnih telefonov?

Dobrodošli, da pustite sporočilo za razpravo, bodite pozorni na znanost o črnih luknjah in vam predstavimo zanimivejšo znanost.