Muundo wa ndani wa betri: uwezo mkubwa

Tunatazamia enzi mpya ya matumizi makubwa ya nishati safi. Katika mandhari mashuhuri ya enzi hiyo, mtu anaweza kuona magari mapya kama magari ya umeme ya Tesla yakishuka barabarani, yanaendeshwa si kwa petroli bali na betri za lithiamu zilizochajiwa kikamilifu. Vituo vya gesi njiani vitabadilishwa na vituo vya malipo. Habari za hivi punde ni kwamba jiji la Shanghai sasa limetangaza sera ya kutokuwa na leseni kwa magari ya umeme ya Tesla na inaunga mkono utengenezaji wao wa haraka wa chaja nchini Uchina.

Lakini wakati ujao mkali unaweza kufunikwa na ukweli kwamba betri za gari la umeme sio tofauti na betri za simu za mkononi. Watumiaji wa simu za rununu mara nyingi huwa na wasiwasi kuhusu maisha ya betri. Simu za watu wengi huwa zimejaa asubuhi, na mchana unapokaribia, inakuwa muhimu kuzichaji mara moja kwa siku. Kompyuta za mkononi zina tatizo sawa na zinaweza kukosa juisi kwa muda wa saa chache. Matumizi ya magari yanayotumia umeme yametiliwa shaka kwa sababu hayasafiri mbali vya kutosha ili kuanguka na yanahitaji kuchajiwa mara kwa mara. Mfano wa Tesla kwa sasa ndio gari pekee la umeme kwenye soko, ambalo ni la kushangaza. Model ndio inayovutia zaidi, ikiwa na umbali wa kilomita 480 kwa chaji moja.

Kwa nini betri hazidumu? Kiasi cha nishati ambayo dutu inaweza kuhifadhi katika nafasi fulani inaitwa wiani wa nishati. Uzito wa nishati ya betri ni mdogo. Kwa upande wa nishati inayozalishwa kwa kilo, tunaweza kutumia hadi megajoule 50 za petroli kwa siku, wakati betri za lithiamu wastani chini ya megajoule 1. Aina zingine za betri pia huzurura kwa viwango vya chini sana. Ni wazi, hatuwezi kufanya betri kuwa na ukomo; Ili kuongeza uwezo wa betri, tunaweza kuzingatia tu kuboresha wiani wa nishati ya betri, lakini kuna matatizo mengi. Je, teknolojia hii ina matatizo gani? Mwandishi alimhoji Liu Run, profesa mshiriki wa kemia katika Chuo Kikuu cha Zhejiang, na kuchanganua fumbo la muundo wa ndani wa betri ya lithiamu inayotumika sana (betri ya lithiamu kwa kifupi).

Electrolytes ni muhimu sana

Kutokana na uhamisho wa elektroni, betri inaweza kutoa nishati. Wakati betri imeunganishwa kwenye mzunguko, swichi imezimwa na sasa imewashwa. Katika hatua hii, elektroni hutoka kwenye terminal hasi na inapita kupitia sakiti hadi terminal chanya. Katika mchakato huo, vifaa vya elektroniki vitafanya simu yako ifanye kazi, kama vile kuendesha gari la umeme la Tesla.

Elektroni katika betri za lithiamu hutolewa na lithiamu. Ukijaza betri na lithiamu, je, msongamano wa nishati hauongezeki? Kwa bahati mbaya, ili betri ya lithiamu iweze kuchajiwa, muundo wake wa ndani lazima utathminiwe kulingana na wiani wake maalum wa nishati. Liu Alibainisha kuwa muundo wa ndani wa betri za lithiamu una elektroliti, data hasi, data chanya na mapungufu, ambayo kila moja ina mchakato wake maalum, ina jukumu la kipekee na ni la lazima. Muundo huu unapunguza wiani wa nishati ya betri za lithiamu-ioni.

Ya kwanza ni electrolytes, ambayo ni mifereji muhimu katika betri. Wakati betri inatoka, atomi za lithiamu hupoteza elektroni zao na kuwa ioni za lithiamu, na wakati wa kuchaji tena, wanapaswa kukimbia kutoka mwisho mmoja wa betri hadi mwingine na kurudi tena. Liu alisema. Electroliti huweka ioni za lithiamu, kwenye nguzo za kaskazini na kusini za betri, ufunguo wa uendeshaji wa betri unaoendelea. Electrolyte ni kama mito, ioni za lithiamu ni kama samaki. Ikiwa mto umekauka na samaki hawawezi kufika upande mwingine, betri za lithiamu hazitafanya kazi vizuri.

Uzuri wa electrolyte ni kwamba hubeba ioni za lithiamu tu, sio elektroni, kuhakikisha kwamba betri hutoka tu wakati mzunguko umeunganishwa. Wakati huo huo, ioni za lithiamu, kwa mujibu wa electrolyte, huenda kwa njia iliyoagizwa na iliyoelezwa vizuri, hivyo elektroni daima huhamia mwelekeo mmoja, na kujenga sasa.

Nguzo thabiti chanya na hasi

Electroliti haitoi nguvu, lakini ni nzito na muhimu kwa betri za lithiamu-ion. Kwa hivyo kwa nini hakuna data hasi zaidi kulingana na grafiti? Graphite, nyenzo zinazotumiwa kutengeneza miongozo ya penseli, sio jukumu la kutoa elektroni. “Hii ni kuhakikisha kuwa muda wa malipo ni sawa,” Bw. Liu alisema.