Lĩnh vực năng lượng mới đang bùng nổ trong thời gian gần đây. Hôm nay chúng ta sẽ nói về sự phát triển và nguyên lý hoạt động của pin và pin điện thoại di động.

1. Nguyên lý hoạt động của pin

Thiết bị có thể trực tiếp biến đổi năng lượng hóa học, năng lượng ánh sáng, nhiệt năng,… thành năng lượng điện được gọi là pin. Nó bao gồm pin hóa học, pin hạt nhân, v.v., và những gì chúng ta thường gọi là pin thường đề cập đến pin hóa học.

Pin hóa học thực tế được chia thành pin tiểu và pin. Pin mà chúng ta tiếp xúc trong cuộc sống hàng ngày chủ yếu là ắc quy. Pin cần được sạc trước khi sử dụng, sau đó mới có thể xả hết pin. Khi sạc, năng lượng điện được chuyển hóa thành năng lượng hóa học; khi phóng điện, hóa năng được chuyển hóa thành năng lượng điện.

Khi pin phóng điện, dòng điện chuyển từ điện cực dương sang điện cực âm qua mạch ngoài. Trong chất điện phân, các ion dương và ion âm lần lượt truyền đến các điện cực, và dòng điện truyền từ điện cực âm sang điện cực dương. Khi hết pin, hai điện cực sẽ xảy ra phản ứng hóa học và ngắt mạch hoặc xảy ra phản ứng hóa học. Khi nguyên liệu cạn kiệt, quá trình phóng điện sẽ dừng lại.

Tùy thuộc vào vật liệu được sử dụng bên trong pin, pin có thể sạc lại được hoặc không sạc lại được. Một số phản ứng hóa học có thể thuận nghịch và một số phản ứng không thể đảo ngược.

Dung lượng và tốc độ của pin phụ thuộc vào chất liệu của nó.

2 Lịch sử của pin điện thoại di động

Pin điện thoại di động về cơ bản có thể được chia thành ba giai đoạn: Pin Ni-Cd → Pin Ni-MH →

Từ tên gọi của ba giai đoạn này, chúng ta có thể thấy rằng các nguyên tố hóa học chính được sử dụng trong pin đang thay đổi, và có nhiều đổi mới công nghệ hơn trong pin. Chúng ta thậm chí có thể nói rằng nếu không có pin lithium, sẽ không có cuộc sống di động thông minh ngày nay.

Khi điện thoại di động lần đầu tiên xuất hiện vào những năm 1980, chúng còn được gọi là “điện thoại di động”. Ngay từ cái tên, chúng ta có thể thấy rằng nó rất lớn. Lý do chính khiến nó lớn là do pin lớn của nó.

Vào những năm 1990, pin Ni-MH đã xuất hiện, loại pin này nhỏ hơn và thân thiện với môi trường hơn. Sản phẩm nổi tiếng StarTAC của Motorola sử dụng pin hyđrua kim loại niken, loại pin này đủ nhỏ để phá vỡ nhận thức của mọi người. StarTAC328, ra mắt năm 1996, là điện thoại nắp gập đầu tiên trên thế giới, chỉ nặng 87 gram.

Vào đầu những năm 1990, pin lithium cũng đã xuất hiện. Năm 1992, Sony giới thiệu pin lithium của riêng mình vào các sản phẩm của mình, nhưng do giá thành cao và không có nguồn năng lượng tuyệt vời nên nó chỉ có thể được sử dụng trong các sản phẩm của chính mình. Sau đó, với sự đổi mới công nghệ của vật liệu pin lithium và sự tiến bộ của công nghệ chế tạo, dung lượng và giá thành của nó đã được cải thiện và dần dần chiếm được sự ưu ái của nhiều nhà sản xuất hơn. Kỷ nguyên của pin lithium đã chính thức đến.

Pin Lithium và giải Nobel

Mặc dù sự thay thế của điện thoại di động đang phát triển nhanh chóng, sự phát triển của pin điện thoại di động tương đối chậm. Theo số liệu khảo sát, dung lượng của pin chỉ tăng 10% sau mỗi 10 năm. Hầu như không thể tăng đáng kể dung lượng pin điện thoại di động trong một thời gian ngắn, vì vậy lĩnh vực pin điện thoại di động cũng có khả năng và tiềm năng vô hạn.

Giải Nobel Hóa học 2019 đã được trao cho Giáo sư John Goodenough, Stanley Whittingham và Tiến sĩ Akira Yoshino vì công trình nghiên cứu của họ trong lĩnh vực pin lithium. Trên thực tế, hàng năm trước khi họ giành chiến thắng, một số người dự đoán liệu pin lithium có giành chiến thắng hay không. Sự phát triển của pin lithium có tác động và đóng góp to lớn cho xã hội, và các giải thưởng của chúng rất xứng đáng.

Cuộc khủng hoảng dầu mỏ đầu tiên trong cuộc chiến tranh Trung Đông vào những năm 1970 đã khiến mọi người nhận ra tầm quan trọng của việc thoát khỏi sự phụ thuộc vào dầu mỏ. Nhập nguồn năng lượng mới có thể thay thế dầu. Ngoài ra các quốc gia nhiệt tình đã tạo ra một tầm cao mới trong việc nghiên cứu và phát triển pin. Với tác động của cuộc khủng hoảng dầu mỏ, ông hy vọng sẽ có những đóng góp trong lĩnh vực năng lượng thay thế.

Là một nguyên tố cổ xưa được tạo ra trong vài phút đầu tiên của Vụ nổ lớn, lithium lần đầu tiên được các nhà hóa học Thụy Điển phát hiện dưới dạng các ion lithium vào đầu thế kỷ 19. Nó là cực kỳ phản ứng. Điểm yếu của nó nằm ở khả năng phản ứng, nhưng nó cũng là điểm mạnh của nó.

Khi lithium nguyên chất được sử dụng làm cực dương để sạc pin, các đuôi gai lithium được hình thành, có thể gây đoản mạch trong pin, gây cháy hoặc thậm chí là nổ, nhưng các nhà nghiên cứu chưa bao giờ từ bỏ pin lithium.

Ba người đoạt giải Nobel: Stanley Whittingham là pin lithium đầy đủ chức năng đầu tiên hoạt động ở nhiệt độ phòng vào đầu những năm 1970, sử dụng bộ truyền động mạnh mẽ của lithium để giải phóng các điện tử bên ngoài;

Pin của Whittingham có thể tạo ra hơn hai vôn một chút. Năm 1980, Goodenough phát hiện ra rằng việc sử dụng coban lithium trong catốt có thể tăng gấp đôi điện áp. Ông đã tăng gấp đôi tiềm năng của pin và vật liệu cathode mật độ năng lượng cao rất nhẹ, nhưng nó có thể tạo ra pin mạnh hơn. Ông đã tạo điều kiện tốt hơn cho việc phát triển các loại pin hữu ích hơn;

Năm 1985, Akase Yoshino đã phát triển robot thương mại đầu tiên. Ông đã chọn axit coban liti được Goodeneuf sử dụng làm cực âm và thay thế thành công hợp kim liti bằng cacbon làm điện cực âm của pin. Ông đã phát triển một loại pin lithium hoạt động ổn định, trọng lượng nhẹ, dung lượng lớn, thay thế an toàn và giảm đáng kể nguy cơ cháy tự phát.

Chính nghiên cứu của họ đã thúc đẩy pin lithium lên vô số sản phẩm điện tử, cho phép chúng ta tận hưởng cuộc sống di động hiện đại. Pin Lithium đã tạo ra những điều kiện thích hợp cho một xã hội mới không dây, không sử dụng nhiên liệu hóa thạch và mang lại lợi ích to lớn cho nhân loại.

Công nghệ không bao giờ dừng lại

Vào những ngày đó, phải mất 10 giờ để sạc và 35 phút để nói chuyện, nhưng giờ đây, điện thoại di động của chúng ta liên tục lặp lại. Chúng ta sẽ không phải chịu vấn đề sạc pin trong thời gian dài như trước đây nữa, nhưng công nghệ vẫn chưa bao giờ dừng lại. Chúng tôi vẫn đang khám phá con đường của dung lượng lớn, kích thước nhỏ và thời lượng pin dài.

Cho đến nay, vấn đề dendrite của pin lithium vẫn ám ảnh các nhà nghiên cứu như một bóng ma. Đối mặt với nguy cơ bảo mật lớn này, các nhà khoa học trên toàn thế giới vẫn đang nỗ lực. Goodenough, người đoạt giải Nobel 90 tuổi, đã kiên quyết cống hiến hết mình cho việc nghiên cứu và phát triển pin thể rắn.

Bạn ơi, bạn nghĩ gì về năng lượng mới? Triển vọng của bạn cho tương lai của lĩnh vực pin là gì? Kỳ vọng của bạn đối với điện thoại di động trong tương lai là gì?

Hoan nghênh bạn để lại lời nhắn để thảo luận, hãy chú ý đến khoa học hố đen, và mang đến cho bạn nhiều thú vị về khoa học.