Lassen Sie uns die Vergangenheit und Gegenwart der Batterie wiedererkennen

Batterien sind in unserem heutigen Leben so allgegenwärtig, dass sie fast ignoriert werden. Sie sind jedoch eine bemerkenswerte Erfindung in der langen und legendären Geschichte und haben dieselbe wunderbare Zukunft.

Eine Batterie ist eigentlich ein Gerät, das gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandelt. Grundsätzlich ist die Batterie ein kleiner chemischer Reaktor, der, da die chemische Reaktion energiereiche Elektronen erzeugt, immer bereit ist, zu externen Geräten zu fließen.

Die Batterie ist schon ziemlich lange bei uns. 1938 entdeckte der Direktor des Bagdad-Museums im Keller des Museums eine Batterie, die heute als "Bagdad-Batterie" bekannt ist. Der Analyse zufolge können Ursprung und Zeit 250 v. Chr. Bis nach Mesopotamien zurückverfolgt werden.

Es gibt viele Kontroversen über diese früheste akademische Gemeinschaft der Batterien, und ihre spezifischen Anwendungen umfassen Galvanisieren, Schmerzlinderung oder eine religiöse Bestrafung.

Der amerikanische Wissenschaftler und Erfinder Benjamin Franklin verwendete den Begriff "Batterie" erstmals 1749, als er ein Leistungsexperiment mit einer Reihe von Kondensatoren durchführte.

Die erste echte Batterie wurde 1800 vom italienischen Physiker Alessandro Volt erfunden. Volt stapelt sich um Kupfer- und Zinkbleche, wobei jedes Paar Kupfer- und Zinkbleche durch ein mit Salzwasser getränktes Sackleinenstück getrennt ist.

Zu diesem Zeitpunkt wird ein kontinuierlicher und stabiler Strom erzeugt, solange zwei Metalldrähte verwendet werden, um zwei beliebige Metalle zu berühren. Jede Einheit (ein Satz aus Kupfer, Zink und Salzlösung) erzeugte 0,76 Volt. Wenn Sie eine Gruppe von Zellen stapeln, erhalten Sie doppelt so viel Strom.

Eine der ältesten Batterien war die 1859 erfundene Blei-Säure-Batterie, die bis heute für die meisten Verbrennungsmotoren verwendet wird. Es ist das älteste Beispiel für einen Akku.

Die Größe der heutigen Batterien reicht von großen Megawatt, mit denen Energie in Solarkraftwerken oder Umspannwerken betrieben wird, um sicherzustellen, dass das gesamte Dorf oder die gesamte Insel mit Strom versorgt wird, bis zu kleinen Batterien, die in elektronischen Uhren verwendet werden.

Batterien basieren auf verschiedenen Chemikalien, die Batteriespannungen erzeugen, die typischerweise im Bereich von 1 bis 3,6 V liegen. Die Serienbatterie erhöht die Spannung und die Parallelbatterie den Strom. Dieses Prinzip wird verwendet, um den erforderlichen Strom und die erforderliche Spannung bis zu einer Megawattgröße zu erreichen.

Wie funktioniert der Akku?

Beim Entladen der Batterie reagieren interne Substanzen chemisch und erzeugen elektrische Energie. Ein Beispiel für eine chemische Reaktion, die Elektronen erzeugt, ist, dass Eisenoxid Rost erzeugt. Eisen reagiert mit Sauerstoff und Elektronen und Sauerstoff werden unter Bildung von Eisenoxid übertragen.

Bei der Standardherstellung von Batterien werden zwei Metalle oder Verbindungen mit unterschiedlichen Elektrodenpotentialen verwendet und mit einem porösen Isolator getrennt. Das Elektrodenpotential ist die in Atomen und Verbindungen gespeicherte Energie, die übertragen wird, wenn ein externer Geräteanschluss verfügbar ist.

Leitfähige Flüssigkeiten wie Salzlösung und wässrige Lösungen zum Transport löslicher Ionen fließen in einer chemischen Reaktion, die als Elektrolyt bekannt ist, von einem Metall zum anderen.

Ein Metall oder eine Verbindung, die während der Entladung Elektronen verliert, wird als Kathode bezeichnet, und ein Metall oder eine Verbindung, die Elektronen empfängt, wird als Anode bezeichnet. Der Elektronenfluss von der Anode zur Kathode über externe Verbindungen wird von uns zum Betrieb unserer Elektronik verwendet.

Geschichte der Batterieentwicklung: Lassen Sie uns die Vergangenheit und Gegenwart Ihrer Batterie wiedererkennen

Primärbatterie und wiederaufladbare Batterie

Der chemische Reaktionsprozess, der einen Elektronenfluss erzeugt, ist irreversibel und wird als Primärbatterie bezeichnet. Die Batteriekapazität war nach einmaliger Entladung der Reaktanten erschöpft.

Die häufigste Primärbatterie ist eine Kohlenstoff-Zink-Batterie. Wenn der Elektrolyt alkalisch ist, hält die Batterie länger. Wir kaufen Alkalibatterien im Supermarkt.

Die größte Herausforderung beim Umgang mit diesen Primärbatterien besteht darin, Wege zu finden, sie wiederzuverwenden. Wenn die Anzahl der verwendeten Batterien zunimmt und es oft unwirtschaftlich ist, sie auszutauschen, wird es wichtiger, mit ihnen umzugehen.

Die früheste wiederaufladbare Batterie, die Nickel-Cadmium-Batterie (NiCd), verwendet ebenfalls Alkali als Elektrolyt. 1989 hielt es neben Nickel-Metallhydrid-Batterien (NiMH) länger als Nickel-Cadmium-Batterien.

Diese Batterietypen reagieren sehr empfindlich auf Überladung und Überhitzung während des Ladevorgangs, sodass die Laderate unter der maximalen Laderate geregelt wird.

Komplexe Steuerungen beschleunigen den Ladevorgang und das Aufladen dauert keine Stunden.

Bei den meisten einfachen Ladegeräten dauert der Ladevorgang eine Nacht.

Tragbare Anwendungen wie Mobiltelefone und Laptops haben nach großen und kleinen Ladegeräten gesucht. Dies erhöht zwar das Risiko einer starken Entladung, kann jedoch durch einen Strombegrenzer im Akku des Mobiltelefons gesteuert werden.

Erster Sprung: Lithiumbatterie

Neue Technologien erfordern häufig kompaktere, leistungsstärkere und sicherere akkus.

1980 erfand der amerikanische Physiker John Good genug eine neue Art von Lithiumbatterie. Lithium (Li) kann durch eine Batterie von einer Elektrode zur anderen wandern, um eine Li + -Ionenform zu bilden.

Lithium ist eines der leichtesten chemischen Elemente im Periodensystem und hat das größte elektrochemische Potenzial. Daher erzeugt diese Kombination die größte Spannung im kompaktesten und leichtesten Volumen.

Dies ist die Basis einer Lithium-Ionen-Batterie. In dieser neuen Batterie wird ein Übergangsmetall wie Kobalt, Nickel, Mangan, Eisen und Sauerstoff zu einer Kathode kombiniert. Wenn durch Laden eine Spannung erzeugt wird, wandern positiv geladene Lithiumionen von der Kathode zur Graphitanode, um metallisches Lithium zu werden.

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Da Lithium eine starke elektrochemische Antriebskraft für die Oxidation hat, kehrt es, wenn die Bedingungen dies zulassen, zur Kathode zurück, um wieder Lithiumionen zu bilden und Elektronen wieder in den Kobaltionenzustand freizusetzen. Die Elektronenbewegung in dieser Schaltung kann als Strom verwendet werden.

Der zweite Sprung: Nanotechnologie

Aufgrund des Vorhandenseins von Übergangsmetallen in lithium-ionen-batterien hat die Batterie eine höhere Kapazität und ist daher reaktiver und neigt zu thermischem Durchgehen.

Am Beispiel von Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2) -Batterien, die in den 90er Jahren von Sony hergestellt wurden, kam es zu vielen Bränden. Wenn die Batteriekathode aus Nanomaterialien hergestellt wird, wird die Batterie aktiver und kann einen Unfall verursachen.

In den neunziger Jahren löste Good genug jedoch erneut einen Sprung in der Batterietechnologie aus, indem Lithiumeisenphosphat zur Herstellung stabiler Lithiumionenkathoden eingeführt wurde.

Die Kathode ist thermisch stabil. Dies bedeutet auch, dass Lithiumeisenphosphat- (LiFePO4) oder Lithiumeisenphosphat- (LFP) Materialien jetzt sicher in großen Batterieanwendungen verwendet werden können und schnell geladen und entladen werden können.

Diese neuen Batterien haben viele neue Anwendungen, von Elektrowerkzeugen bis hin zu Hybrid-Elektrofahrzeugen. Die vielleicht wichtigste Anwendung wird die Stromspeicherung von Haushalten sein.

Elektroauto

Der Marktführer bei der Herstellung dieses neuen Batterieformats für das Auto ist Tesla Electric Motors, das den Bau einer "Giga-Anlage" für die Batterieproduktion plant.

Der lithium-akku von Tesla ModelS hat eine Kapazität von bis zu 85 kWh.

Dies ist genug für einen Haushalt, um Strom zu verbrauchen, weshalb es so viele Spekulationen über die Produkte gibt, die Tesla-Gründer Elon Musk kürzlich angekündigt hat.

Das modulare Batteriedesign kann eine Austauschbarkeit im Batteriemodus sowohl für Automobil- als auch für Heimanwendungen schaffen, ohne dass eine Neukonstruktion und Herstellung erforderlich ist.

Vielleicht können wir die nächste Generation technologischer Veränderungen bei der Energieerzeugung und -speicherung durch die bescheidene Batterie beobachten.

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