ภาคพลังงานใหม่ได้รับการเฟื่องฟูเมื่อเร็ว ๆ นี้ วันนี้เราจะมาพูดถึงการพัฒนาและหลักการทำงานของแบตเตอรี่และแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือ

1. หลักการทำงานของแบตเตอรี่

อุปกรณ์ที่สามารถแปลงพลังงานเคมี พลังงานแสง พลังงานความร้อน ฯลฯ เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรงเรียกว่าแบตเตอรี่ ประกอบด้วยแบตเตอรี่เคมี แบตเตอรี่นิวเคลียร์ ฯลฯ และสิ่งที่เรามักเรียกว่าแบตเตอรี่โดยทั่วไปหมายถึงแบตเตอรี่เคมี

แบตเตอรี่เคมีที่ใช้งานได้จริงแบ่งออกเป็นแบตเตอรี่หลักและแบตเตอรี่สะสม แบตเตอรี่ที่เราสัมผัสในชีวิตประจำวันของเราส่วนใหญ่เป็นแบตเตอรี่สะสม ต้องชาร์จแบตเตอรี่ก่อนใช้งานจึงจะสามารถคายประจุได้ เมื่อชาร์จ พลังงานไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นพลังงานเคมี เมื่อคายประจุพลังงานเคมีจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า

เมื่อแบตเตอรี่หมด กระแสจะถูกถ่ายโอนจากขั้วบวกไปยังขั้วลบผ่านวงจรภายนอก ในอิเล็กโทรไลต์ ไอออนบวกและไอออนลบจะถูกส่งไปยังอิเล็กโทรดตามลำดับ และกระแสจะถูกส่งจากอิเล็กโทรดลบไปยังอิเล็กโทรดบวก เมื่อแบตเตอรี่หมด อิเล็กโทรดทั้งสองจะเกิดปฏิกิริยาเคมี และวงจรถูกตัดการเชื่อมต่อหรือเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น เมื่อวัสดุหมด การปล่อยจะหยุด

ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ภายในแบตเตอรี่ แบตเตอรี่สามารถชาร์จใหม่ได้หรือไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ ปฏิกิริยาเคมีบางอย่างสามารถย้อนกลับได้ และบางส่วนกลับไม่ได้

ความจุและความเร็วของแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับวัสดุของแบตเตอรี่

2 ประวัติแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือ

แบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือโดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน: แบตเตอรี่ Ni-Cd → แบตเตอรี่ Ni-MH →

จากชื่อของทั้งสามขั้นตอนนี้ เราจะเห็นได้ว่าองค์ประกอบทางเคมีหลักที่ใช้ในแบตเตอรี่กำลังเปลี่ยนไป และมีนวัตกรรมทางเทคโนโลยีมากขึ้นในแบตเตอรี่ เราสามารถพูดได้กระทั่งว่าหากไม่มีแบตเตอรี่ลิเธียม จะไม่มีชีวิตอัจฉริยะบนมือถือในปัจจุบัน

เมื่อโทรศัพท์มือถือปรากฏตัวครั้งแรกในปี 1980 พวกเขาถูกเรียกว่า “โทรศัพท์มือถือ” จากชื่อจะเห็นว่ายิ่งใหญ่ เหตุผลหลักว่าทำไมมันถึงใหญ่ก็เพราะว่าแบตเตอรีใหญ่

ในปี 1990 มีแบตเตอรี่ Ni-MH ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่า StarTAC ผลิตภัณฑ์ระดับดาวของ Motorola ใช้แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ ซึ่งมีขนาดเล็กพอที่จะล้มล้างการรับรู้ของผู้คน StarTAC328 เปิดตัวในปี 1996 เป็นโทรศัพท์แบบฝาพับเครื่องแรกของโลกที่มีน้ำหนักเพียง 87 กรัม

ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 แบตเตอรี่ลิเธียมก็ปรากฏขึ้นเช่นกัน ในปี 1992 Sony ได้เปิดตัวแบตเตอรี่ลิเธียมของตัวเองในผลิตภัณฑ์ต่างๆ แต่เนื่องจากราคาที่สูงและขาดพลังงานที่ดีเยี่ยม จึงสามารถใช้ได้เฉพาะในผลิตภัณฑ์ของตัวเองเท่านั้น ต่อมา ด้วยนวัตกรรมทางเทคโนโลยีของวัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมและความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการผลิต ความจุและต้นทุนจึงได้รับการปรับปรุง และค่อยๆ ได้รับความโปรดปรานจากผู้ผลิตจำนวนมากขึ้น ยุคของแบตเตอรี่ลิเธียมมาถึงอย่างเป็นทางการแล้ว

แบตเตอรี่ลิเธียมและรางวัลโนเบล

แม้ว่าการเปลี่ยนโทรศัพท์มือถือจะพัฒนาอย่างรวดเร็ว แต่การพัฒนาแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือค่อนข้างช้า จากข้อมูลการสำรวจ ความจุของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นเพียง 10% ทุกๆ 10 ปี แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเพิ่มความจุของแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถืออย่างมากในช่วงเวลาสั้นๆ ดังนั้น ขอบเขตของแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือจึงมีความเป็นไปได้และศักยภาพอย่างไม่จำกัด

รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2019 ตกเป็นของศาสตราจารย์ John Goodenough, Stanley Whittingham และ Dr. Akira Yoshino สำหรับผลงานด้านแบตเตอรี่ลิเธียม อันที่จริง ทุกๆ ปีก่อนที่พวกเขาจะชนะ บางคนคาดการณ์ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมจะชนะหรือไม่ ความก้าวหน้าของแบตเตอรี่ลิเธียมมีผลกระทบอย่างมากต่อสังคม และรางวัลเหล่านี้ก็สมควรได้รับ

วิกฤตน้ำมันครั้งแรกของสงครามตะวันออกกลางในปี 1970 ทำให้ผู้คนตระหนักถึงความสำคัญของการกำจัดการพึ่งพาน้ำมัน การเข้าสู่แหล่งพลังงานใหม่สามารถทดแทนน้ำมันได้ นอกจากนี้ ประเทศที่กระตือรือร้นได้สร้างความสูงใหม่ในการวิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่ ด้วยผลกระทบของวิกฤตน้ำมัน เขาหวังที่จะมีส่วนสนับสนุนในด้านพลังงานทดแทน

ในฐานะที่เป็นองค์ประกอบโบราณที่ผลิตขึ้นในช่วงสองสามนาทีแรกของบิกแบง ลิเธียมถูกค้นพบครั้งแรกโดยนักเคมีชาวสวีเดนในรูปของลิเธียมไอออนในต้นศตวรรษที่ 19 มันมีปฏิกิริยาอย่างมาก จุดอ่อนของมันอยู่ที่การเกิดปฏิกิริยา แต่ก็เป็นจุดแข็งของมันด้วย

เมื่อใช้ลิเธียมบริสุทธิ์เป็นแอโนดเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ ลิเธียมเดนไดรต์จะก่อตัวขึ้น ซึ่งอาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรในแบตเตอรี่ ทำให้เกิดไฟไหม้ หรือแม้แต่การระเบิด แต่นักวิจัยไม่เคยเลิกใช้แบตเตอรี่ลิเธียม

ผู้ชนะรางวัลโนเบลสามคน: สแตนลีย์ วิตติงแฮม เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์เครื่องแรกซึ่งทำงานที่อุณหภูมิห้องในช่วงต้นทศวรรษ 1970 โดยใช้ไดรฟ์ลิเธียมอันทรงพลังเพื่อปล่อยอิเล็กตรอนภายนอก

แบตเตอรี่ของวิตติงแฮมสามารถผลิตไฟได้เกินสองโวลต์เล็กน้อย ในปี 1980 Goodenough ค้นพบว่าการใช้โคบอลต์ลิเธียมในแคโทดสามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าได้สองเท่า เขาเพิ่มศักยภาพของแบตเตอรี่เป็นสองเท่า และวัสดุแคโทดความหนาแน่นพลังงานสูงนั้นเบามาก แต่ก็สามารถทำให้แบตเตอรี่แข็งแกร่งขึ้นได้ เขาสร้างเงื่อนไขที่ดีกว่าสำหรับการพัฒนาแบตเตอรี่ที่มีประโยชน์มากขึ้น

ในปี 1985 Akase Yoshino ได้พัฒนาหุ่นยนต์เชิงพาณิชย์ตัวแรก เขาเลือกกรดลิเธียมโคบอลต์ที่ใช้โดย Goodeneuf เป็นแคโทด และแทนที่โลหะผสมลิเธียมด้วยคาร์บอนเป็นขั้วลบของแบตเตอรี่ได้สำเร็จ เขาพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมที่มีการทำงานที่มั่นคง น้ำหนักเบา ความจุขนาดใหญ่ เปลี่ยนได้อย่างปลอดภัย และลดความเสี่ยงของการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองอย่างมาก

เป็นงานวิจัยที่ผลักดันแบตเตอรี่ลิเธียมไปสู่ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์นับไม่ถ้วน ทำให้เราสนุกกับชีวิตโมบายล์สมัยใหม่ แบตเตอรี่ลิเธียมได้สร้างสภาวะที่เหมาะสมสำหรับสังคมใหม่แบบไร้สายที่ปราศจากเชื้อเพลิงฟอสซิล และเป็นประโยชน์อย่างมากต่อมนุษยชาติ

เทคโนโลยีไม่เคยหยุดนิ่ง

ในสมัยนั้น การชาร์จใช้เวลา 10 ชั่วโมงและสนทนา 35 นาที แต่ตอนนี้ โทรศัพท์มือถือของเรามีการวนซ้ำอย่างต่อเนื่อง เราจะไม่ต้องเผชิญกับปัญหาการชาร์จเป็นเวลานานอย่างที่เราทำในอดีต แต่เทคโนโลยีไม่เคยหยุดนิ่ง เรายังคงสำรวจถนนที่มีความจุขนาดใหญ่ ขนาดเล็ก และอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนาน

จนถึงตอนนี้ ปัญหาเดนไดรต์ของแบตเตอรี่ลิเธียมยังคงหลอกหลอนนักวิจัยเหมือนผี เมื่อต้องเผชิญกับความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่สำคัญนี้ นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกยังคงทำงานหนัก Goodenough ผู้ได้รับรางวัลโนเบลอายุ 90 ปี ได้อุทิศตนอย่างเฉียบขาดในการวิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่โซลิดสเตต

เพื่อนคุณคิดอย่างไรกับพลังงานใหม่? มุมมองของคุณสำหรับอนาคตของสนามแบตเตอรี่คืออะไร? อะไรคือความคาดหวังของคุณสำหรับโทรศัพท์มือถือในอนาคต?

ยินดีต้อนรับสู่ฝากข้อความเพื่อหารือ โปรดใส่ใจกับวิทยาศาสตร์หลุมดำ และนำวิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจมากขึ้น