Останнім часом новий енергетичний сектор переживає бум. Сьогодні ми поговоримо про розробку та принципи роботи акумуляторів і акумуляторів для мобільних телефонів.

1. Принцип роботи акумулятора

Пристрій, який може безпосередньо перетворювати хімічну енергію, світлову енергію, теплову енергію тощо в електричну енергію, називається акумулятором. Це включає хімічні батареї, ядерні батареї тощо, і те, що ми зазвичай називаємо батареями, зазвичай відноситься до хімічних батарей.

Практичні хімічні батареї поділяються на первинні батареї та акумулятори. Акумулятори, з якими ми стикаємося в повсякденному житті, в основному є акумуляторами. Перед використанням акумулятор необхідно зарядити, а потім його можна розрядити. При зарядці електрична енергія перетворюється в хімічну; при розряді хімічна енергія перетворюється в електричну.

Коли батарея розряджена, струм передається від позитивного електрода до негативного через зовнішній ланцюг. В електроліті позитивні іони і негативні іони відповідно передаються до електродів, а струм передається від негативного електрода до позитивного. Коли акумулятор розряджається, на двох електродах відбувається хімічна реакція, і ланцюг роз’єднується або відбувається хімічна реакція. Коли матеріал вичерпається, розряд припиняється.

Залежно від матеріалів, які використовуються всередині батареї, батарея може бути перезаряджуваною або безперезарядною. Деякі хімічні реакції є оборотними, а деякі необоротними.

Ємність і швидкість батареї залежать від її матеріалу.

2 Історія батарейок мобільних телефонів

Батареї мобільних телефонів можна в основному розділити на три етапи: Ni-Cd акумулятор → Ni-MH акумулятор →

З назв цих трьох ступенів ми бачимо, що основні хімічні елементи, які використовуються в батареях, змінюються, і в акумуляторах з’являється більше технологічних інновацій. Можна навіть сказати, що без літієвих батарей сьогодні не було б мобільного розумного життя.

Коли мобільні телефони вперше з’явилися у 1980-х роках, їх також називали «мобільні телефони». З назви видно, що він величезний. Основна причина, чому він великий, полягає в його великій батареї.

У 1990-х роках з’явилися Ni-MH акумулятори, менші за розміром і екологічнішими. У зірковому продукті Motorola StarTAC використовуються нікель-метал-гідридні акумулятори, які досить малі, щоб підірвати сприйняття людей. StarTAC328, випущений у 1996 році, був першим у світі розкладним телефоном, вагою всього 87 грамів.

На початку 1990-х років з’явилися і літієві акумулятори. У 1992 році Sony представила в своїх продуктах власну літієву батарею, але через високу ціну і відсутність відмінної потужності її можна було використовувати тільки у власних продуктах. Згодом, з технологічними інноваціями матеріалів літієвих батарей і прогресом технології виробництва, його потужність і вартість були покращені, і поступово завоювали прихильність все більшої кількості виробників. Ера літієвих батарей офіційно настала.

Літієва батарея і Нобелівська премія

Хоча заміна мобільних телефонів розвивається швидко, розвиток акумуляторів мобільних телефонів відбувається відносно повільно. За даними опитування, ємність батарей збільшується лише на 10% кожні 10 років. Суттєво збільшити ємність акумуляторів мобільних телефонів за короткий проміжок часу практично неможливо, тому сфера акумуляторів мобільних телефонів також має необмежені можливості та потенціал.

Нобелівську премію з хімії 2019 року отримали професор Джон Гуденаф, Стенлі Вітінгем і доктор Акіра Йошіно за роботу в галузі літієвих батарей. Насправді, кожен рік перед перемогою деякі люди передбачають, чи переможуть літієві батареї. Розвиток літієвих акумуляторів має великий вплив і внесок у суспільство, і їх нагороди заслужені.

Перша нафтова криза війни на Близькому Сході 1970-х років змусила людей усвідомити важливість позбавлення від залежності від нафти. Вихід на нові джерела енергії може замінити нафту. Також країни-ентузіасти досягли нових вершин у дослідженнях і розробках акумуляторів. З наслідком нафтової кризи він сподівається зробити внесок у сфері альтернативної енергетики.

Як стародавній елемент, що виник у перші хвилини Великого вибуху, літій вперше був відкритий шведськими хіміками у формі іонів літію на початку 19 століття. Він надзвичайно реактивний. Його слабкість полягає в реактивності, але це також і його сильні сторони.

Коли чистий літій використовується в якості анода для зарядки батареї, утворюються літієві дендрити, які можуть викликати коротке замикання в акумуляторі, викликати пожежу або навіть вибух, але дослідники ніколи не відмовлялися від літієвих батарей.

Три лауреати Нобелівської премії: Стенлі Віттінгем був першим повністю функціональним літієвим акумулятором, який працював при кімнатній температурі на початку 1970-х, використовуючи потужний літієвий накопичувач для вивільнення зовнішніх електронів;

Акумулятор Вітінгема може генерувати трохи більше двох вольт. У 1980 році Гуденаф виявив, що використання літію кобальту в катоді може подвоїти напругу. Він подвоїв потенціал батареї, і матеріал катода з високою щільністю енергії дуже легкий, але він може зробити батарею міцнішою. Він створив кращі умови для розробки більш корисних батарей;

У 1985 році Акасе Йошіно розробив першого комерційного робота. В якості катода він вибрав літій-кобальтову кислоту, яку використовував Гуденеф, і успішно замінив літієвий сплав на вуглець як негативний електрод батареї. Він розробив літієву батарею зі стабільною роботою, малою вагою, великою ємністю, безпечною заміною та значно зниженим ризиком самозаймання.

Саме їх дослідження підштовхнули літієві батареї до незліченної кількості електронних продуктів, дозволяючи нам насолоджуватися сучасним мобільним життям. Літієві батареї створили відповідні умови для бездротового нового суспільства без викопного палива і принесли велику користь людству.

Технологія ніколи не зупиняється

У ті часи заряджався 10 годин і розмовляв 35 хвилин, а тепер наші мобільні телефони постійно змінюються. Ми довго не матимемо проблем із зарядкою, як це було в минулому, але технологія ніколи не зупинялася. Ми все ще досліджуємо шлях великої ємності, малого розміру та тривалого часу роботи від акумулятора.

Поки що проблема дендритів літієвих батарей все ще переслідує дослідників як привид. Зіткнувшись із цією серйозною загрозою безпеці, вчені всього світу все ще наполегливо працюють. Гуденаф, 90-річний лауреат Нобелівської премії, рішуче присвятив себе дослідженням і розробкам твердотільних батарей.

Друже, що ти думаєш про нову енергію? Які ваші погляди на майбутнє галузі акумуляторів? Які ваші очікування від майбутніх мобільних телефонів?

Ласкаво просимо залишити повідомлення для обговорення, будь ласка, зверніть увагу на науку про чорні діри та принесіть вам цікавішу науку.