Sekta mpya ya nishati imekuwa ikiendelea hivi karibuni. Leo tutazungumzia kuhusu maendeleo na kanuni za kazi za betri na betri za simu za mkononi.

1. Kanuni ya kazi ya betri

Kifaa kinachoweza kubadilisha moja kwa moja nishati ya kemikali, nishati ya mwanga, nishati ya joto, nk kuwa nishati ya umeme inaitwa betri. Inajumuisha betri za kemikali, betri za nyuklia, n.k., na kile tunachoita kwa kawaida betri kwa ujumla hurejelea betri za kemikali.

Betri za kemikali za vitendo zimegawanywa katika betri za msingi na vikusanyiko. Betri ambazo tunakutana nazo katika maisha yetu ya kila siku ni vilimbikizi. Betri inahitaji kushtakiwa kabla ya matumizi, na kisha inaweza kutolewa. Wakati wa malipo, nishati ya umeme inabadilishwa kuwa nishati ya kemikali; wakati wa kutekeleza, nishati ya kemikali inabadilishwa kuwa nishati ya umeme.

Wakati betri inapotolewa, sasa huhamishwa kutoka kwa electrode nzuri hadi electrode hasi kupitia mzunguko wa nje. Katika electrolyte, ions chanya na ions hasi kwa mtiririko huo hupitishwa kwa electrodes, na sasa hupitishwa kutoka electrode hasi hadi electrode chanya. Wakati betri inapotolewa, electrodes mbili hupata mmenyuko wa kemikali, na mzunguko umekatwa au mmenyuko wa kemikali hutokea. Wakati nyenzo zimechoka, kutokwa kutaacha.

Kulingana na vifaa vinavyotumiwa ndani ya betri, betri inaweza kuchajiwa au kutoweza kuchajiwa tena. Baadhi ya athari za kemikali zinaweza kutenduliwa, na zingine haziwezi kutenduliwa.

Uwezo na kasi ya betri hutegemea nyenzo zake.

2 Historia ya betri za simu

Betri za simu za mkononi zinaweza kugawanywa kimsingi katika hatua tatu: Betri ya Ni-Cd → Betri ya Ni-MH →

Kutoka kwa majina ya hatua hizi tatu, tunaweza kuona kwamba vipengele vikuu vya kemikali vinavyotumiwa katika betri vinabadilika, na kuna ubunifu zaidi wa teknolojia katika betri. Tunaweza hata kusema kwamba bila betri za lithiamu, hakungekuwa na maisha mahiri ya rununu leo.

Simu za rununu zilipoanza katika miaka ya 1980, ziliitwa pia “simu za rununu.” Kutoka kwa jina, tunaweza kuona kwamba ni kubwa. Sababu kuu kwa nini ni kubwa ni kwa sababu ya betri yake kubwa.

Katika miaka ya 1990, betri za Ni-MH zilionekana, ambazo ni ndogo na rafiki wa mazingira. Bidhaa nyota ya Motorola StarTAC hutumia betri za hidridi za metali ya nikeli, ambazo ni ndogo vya kutosha kupotosha mtazamo wa watu. StarTAC328, iliyotolewa mwaka wa 1996, ilikuwa simu ya kwanza duniani, yenye uzito wa gramu 87 tu.

Katika miaka ya mapema ya 1990, betri za lithiamu pia zilionekana. Mnamo 1992, Sony ilianzisha betri yake ya lithiamu katika bidhaa zake, lakini kwa sababu ya bei ya juu na ukosefu wa nguvu bora, inaweza kutumika tu katika bidhaa zake. Baadaye, pamoja na uvumbuzi wa kiteknolojia wa vifaa vya betri ya lithiamu na maendeleo ya teknolojia ya utengenezaji, uwezo wake na gharama zimeboreshwa, na polepole kupata neema ya wazalishaji zaidi. Enzi ya betri za lithiamu imefika rasmi.

Betri ya lithiamu na Tuzo la Nobel

Ingawa uingizwaji wa simu za rununu unaendelea kwa kasi, ukuzaji wa betri za simu za rununu ni polepole. Kulingana na data ya uchunguzi, uwezo wa betri huongezeka tu kwa 10% kila baada ya miaka 10. Karibu haiwezekani kuongeza kwa kiasi kikubwa uwezo wa betri za simu kwa muda mfupi, hivyo uwanja wa betri za simu za mkononi pia una uwezekano usio na ukomo na uwezekano.

Tuzo ya Nobel ya Kemia ya 2019 ilitolewa kwa Profesa John Goodenough, Stanley Whittingham na Dkt. Akira Yoshino kwa kazi yao katika nyanja ya betri za lithiamu. Kwa kweli, kila mwaka kabla ya kushinda, watu wengine wanatabiri ikiwa betri za lithiamu zitashinda. Maendeleo ya betri za lithiamu yana athari na mchango mkubwa kwa jamii, na tuzo zao zinastahili.

Mgogoro wa kwanza wa mafuta wa vita vya Mashariki ya Kati katika miaka ya 1970 ulisababisha watu kutambua umuhimu wa kuondokana na utegemezi wa mafuta. Kuingiza vyanzo vipya vya nishati kunaweza kuchukua nafasi ya mafuta. Pia nchi zenye shauku zimeunda urefu mpya katika utafiti na ukuzaji wa betri. Kwa athari za mzozo wa mafuta, anatumai kutoa michango katika uwanja wa nishati mbadala.

Kama kipengele cha kale kilichozalishwa katika dakika chache za kwanza za Big Bang, lithiamu iligunduliwa kwa mara ya kwanza na wanakemia wa Uswidi katika mfumo wa ioni za lithiamu mwanzoni mwa karne ya 19. Ni tendaji sana. Udhaifu wake upo katika kufanya kazi tena, lakini pia ni nguvu Zake.

Wakati lithiamu safi inatumiwa kama anode ya kuchaji betri, dendrites za lithiamu huundwa, ambayo inaweza kusababisha mzunguko mfupi wa betri, kusababisha moto au hata mlipuko, lakini watafiti hawajawahi kukata tamaa juu ya betri za lithiamu.

Washindi watatu wa Tuzo ya Nobel: Stanley Whittingham alikuwa betri ya kwanza ya lithiamu inayofanya kazi kikamilifu ambayo ilifanya kazi kwa joto la kawaida mwanzoni mwa miaka ya 1970, kwa kutumia kiendeshi chenye nguvu cha lithiamu kutoa elektroni za nje;

Betri ya Whittingham inaweza kutoa zaidi ya volti mbili. Mnamo 1980, Goodenough aligundua kuwa matumizi ya lithiamu ya cobalt kwenye cathode inaweza mara mbili ya voltage. Aliongeza uwezo wa betri mara mbili, na nyenzo za cathode ya juu-nishati ni nyepesi sana, lakini inaweza kufanya betri yenye nguvu. Aliunda hali bora kwa ajili ya maendeleo ya betri muhimu zaidi;

Mnamo 1985, Akase Yoshino alitengeneza roboti ya kwanza ya kibiashara. Alichagua asidi ya lithiamu cobalt iliyotumiwa na Goodeneuf kama cathode na akabadilisha kwa mafanikio aloi ya lithiamu na kaboni kama elektrodi hasi ya betri. Alitengeneza betri ya lithiamu yenye operesheni thabiti, uzani mwepesi, uwezo mkubwa, uingizwaji salama, na kupunguza sana hatari ya mwako wa moja kwa moja.

Ni utafiti wao ambao umesukuma betri za lithiamu kwa bidhaa nyingi za kielektroniki, na kuturuhusu kufurahiya maisha ya kisasa ya rununu. Betri za lithiamu zimeunda hali zinazofaa kwa jamii mpya isiyotumia waya, isiyo na mafuta, na kunufaisha wanadamu pakubwa.

Teknolojia haiachi kamwe

Katika siku hizo, ilichukua saa 10 kuchaji na dakika 35 kuzungumza, lakini sasa, simu zetu za rununu zinarudiwa mara kwa mara. Hatutakabiliwa na tatizo la kuchaji kwa muda mrefu kama tulivyofanya hapo awali, lakini teknolojia haijawahi kukoma. Bado tunachunguza barabara ya uwezo mkubwa, saizi ndogo na maisha marefu ya betri.

Kufikia sasa, tatizo la dendrite la betri za lithiamu bado linasumbua watafiti kama mzimu. Wanakabiliwa na hatari hii kubwa ya usalama, wanasayansi kote ulimwenguni bado wanafanya kazi kwa bidii. Goodenough, mshindi wa Tuzo ya Nobel mwenye umri wa miaka 90, amejitolea kwa uthabiti katika utafiti na ukuzaji wa betri za serikali dhabiti.

Rafiki, unafikiri nini kuhusu nishati mpya? Je, mtazamo wako ni upi kwa mustakabali wa sehemu ya betri? Je, ni matarajio yako kwa simu za mkononi za siku zijazo?

Karibu tuache ujumbe wa kujadili, tafadhali zingatia sayansi ya shimo nyeusi, na kukuletea sayansi inayovutia zaidi.