Den nya energisektorn har blomstrat den senaste tiden. Idag kommer vi att prata om utvecklingen och arbetsprinciperna för batterier och mobiltelefonbatterier.

1. Batteriets arbetsprincip

Enheten som direkt kan omvandla kemisk energi, ljusenergi, värmeenergi etc. till elektrisk energi kallas ett batteri. Det inkluderar kemiska batterier, kärnkraftsbatterier etc., och det vi brukar kalla batterier avser i allmänhet kemiska batterier.

Praktiska kemiska batterier är uppdelade i primärbatterier och ackumulatorer. De batterier som vi kommer i kontakt med i vårt dagliga liv är främst ackumulatorer. Batteriet måste laddas innan användning och sedan kan det laddas ur. Vid laddning omvandlas den elektriska energin till kemisk energi; vid urladdning omvandlas den kemiska energin till elektrisk energi.

När batteriet är urladdat överförs strömmen från den positiva elektroden till den negativa elektroden genom en extern krets. I elektrolyten överförs de positiva jonerna respektive de negativa jonerna till elektroderna, och strömmen överförs från den negativa elektroden till den positiva elektroden. När batteriet är urladdat genomgår de två elektroderna en kemisk reaktion, och kretsen kopplas bort eller en kemisk reaktion inträffar. När materialet är förbrukat kommer urladdningen att stanna.

Beroende på vilka material som används inuti batteriet kan batteriet vara uppladdningsbart eller icke-uppladdningsbart. Vissa kemiska reaktioner är reversibla, och vissa är irreversibla.

Batteriets kapacitet och hastighet beror på dess material.

2 Historien om mobiltelefonbatterier

Mobiltelefonbatterier kan i princip delas in i tre steg: Ni-Cd-batteri → Ni-MH-batteri →

Från namnen på dessa tre stadier kan vi se att de viktigaste kemiska elementen som används i batterier förändras, och det finns fler tekniska innovationer i batterier. Vi kan till och med säga att utan litiumbatterier skulle det inte finnas något mobilt smart liv idag.

När mobiltelefoner först dök upp på 1980-talet kallades de också “mobiltelefoner”. Av namnet kan vi se att det är enormt. Den främsta anledningen till att den är stor är på grund av dess stora batteri.

På 1990-talet dök det upp Ni-MH-batterier som är mindre och mer miljövänliga. Motorolas stjärnprodukt StarTAC använder nickelmetallhydridbatterier, som är tillräckligt små för att undergräva människors uppfattning. StarTAC328, som släpptes 1996, var världens första flip-telefon, som bara vägde 87 gram.

I början av 1990-talet dök även litiumbatterier upp. 1992 introducerade Sony sitt eget litiumbatteri i sina produkter, men på grund av det höga priset och bristen på utmärkt kraft kunde det bara användas i sina egna produkter. Därefter, med den tekniska innovationen av litiumbatterimaterial och framstegen inom tillverkningsteknik, har dess kapacitet och kostnader förbättrats och gradvis vunnit fördel av fler tillverkare. Litiumbatteriernas era har officiellt kommit.

Litiumbatteri och Nobelpriset

Även om bytet av mobiltelefoner utvecklas snabbt går utvecklingen av mobiltelefonbatterier relativt långsamt. Enligt undersökningsdata ökar batteriernas kapacitet bara med 10 % vart tionde år. Det är nästan omöjligt att avsevärt öka kapaciteten på mobiltelefonbatterier på kort tid, så området för mobiltelefonbatterier har också obegränsade möjligheter och potentialer.

2019 års Nobelpris i kemi tilldelades professor John Goodenough, Stanley Whittingham och Dr. Akira Yoshino för deras arbete inom litiumbatterier. Faktum är att varje år innan de vinner förutspår vissa människor om litiumbatterier kommer att vinna. Framstegen för litiumbatterier har en stor inverkan och bidrag till samhället, och deras utmärkelser är välförtjänta.

Mellanösternkrigets första oljekris på 1970-talet fick människor att inse vikten av att bli av med beroendet av olja. Att gå in i nya energikällor kan ersätta olja. Även entusiastiska länder har skapat nya höjder inom forskning och utveckling av batterier. Med påverkan av oljekrisen hoppas han kunna ge bidrag inom området alternativ energi.

Som ett gammalt grundämne som producerades under de första minuterna av Big Bang, upptäcktes litium först av svenska kemister i form av litiumjoner i början av 19-talet. Det är extremt reaktivt. Dess svaghet ligger i reaktivitet, men det är också dess styrkor.

När rent litium används som anod för att ladda ett batteri bildas litiumdendriter som kan orsaka kortslutning i batteriet, orsaka brand eller till och med explosion, men forskare har aldrig gett upp litiumbatterier.

Tre Nobelpristagare: Stanley Whittingham var det första fullt fungerande litiumbatteriet som fungerade i rumstemperatur i början av 1970-talet, med hjälp av litiums kraftfulla drivkraft för att frigöra externa elektroner;

Whittinghams batteri kan generera lite över två volt. 1980 upptäckte Goodenough att användningen av koboltlitium i katoden kan fördubbla spänningen. Han fördubblade batteriets potential, och katodmaterialet med hög energidensitet är mycket lätt, men det kan göra ett starkare batteri. Han skapade bättre förutsättningar för utveckling av mer användbara batterier;

1985 utvecklade Akase Yoshino den första kommersiella roboten. Han valde litiumkoboltsyran som användes av Goodeneuf som katod och ersatte framgångsrikt litiumlegeringen med kol som batteriets negativa elektrod. Han utvecklade ett litiumbatteri med stabil drift, låg vikt, stor kapacitet, säker utbyte och kraftigt minskad risk för självantändning.

Det är deras forskning som har drivit litiumbatterier till otaliga elektroniska produkter, vilket gör att vi kan njuta av det moderna mobila livet. Litiumbatterier har skapat lämpliga förutsättningar för ett trådlöst, fossilbränslefritt nytt samhälle och gynnat mänskligheten till stor del.

Tekniken slutar aldrig

På den tiden tog det 10 timmar att ladda och 35 minuter att prata, men nu upprepar våra mobiltelefoner ständigt. Vi kommer inte att vara föremål för laddningsproblemet under en lång tid som vi gjorde tidigare, men tekniken har aldrig slutat. Vi utforskar fortfarande vägen för stor kapacitet, liten storlek och lång batteritid.

Än så länge förföljer dendritproblemet med litiumbatterier forskare som ett spöke. Inför denna stora säkerhetsrisk arbetar forskare över hela världen fortfarande hårt. Goodenough, den 90-årige Nobelpristagaren, har resolut ägnat sig åt forskning och utveckling av solid-state-batterier.

Vän, vad tycker du om ny energi? Hur ser du på framtiden för batteriområdet? Vad har du för förväntningar på framtidens mobiltelefoner?

Välkommen att lämna ett meddelande för att diskutera, var uppmärksam på svarthålsvetenskap och ge dig mer intressant vetenskap.