tím, že Jose Alarco A Peter Talbot , Konverzace
Baterie jsou tak všudypřítomné, že dnes jsou téměř neviditelná pro nás. Přesto jsou pozoruhodným vynálezem s dlouhou a legendární historií a stejně vzrušující budoucností.,
baterie je v podstatě zařízení, které ukládá chemickou energii, která je přeměněna na elektřinu. V podstatě jsou baterie malé chemické reaktory, přičemž reakce produkující energetické elektrony jsou připraveny protékat vnějším zařízením.
baterie jsou s námi již dlouhou dobu. V roce 1938 ředitel Bagdádského muzea našel to, co je nyní označováno jako „Bagdádská baterie“ v suterénu muzea. Analýza ji datovala kolem roku 250 př. n. l. a mezopotámského původu.,
kontroverze obklopuje tento nejčasnější příklad baterie, ale navrhované použití zahrnuje galvanické pokovování, úlevu od bolesti nebo náboženské brnění.
Americký vědec a vynálezce Benjamin Franklin poprvé použil termín „baterie“ v roce 1749, kdy dělal experimenty s elektřinou pomocí sady propojených kondenzátorů.
první opravdovou baterii vynalezl italský fyzik Alessandro Volta v roce 1800. Volta naskládané disky z mědi (Cu) a zinku (Zn) odděleny hadříkem namočeným ve slané vodě.
vodiče připojené k jednomu konci zásobníku vytvářely nepřetržitý stabilní proud., Každá buňka (sada Cu a Zn disku a solanky) produkuje 0,76 voltů (V). Násobek této hodnoty je získán počtem buněk, které jsou naskládány dohromady.
jedna z nejtrvalejších baterií, olověná baterie, byla vynalezena v roce 1859 a je stále technologií používanou k zahájení většiny automobilů s vnitřním spalováním. Je to nejstarší příklad dobíjecí baterie.,
baterie se dodávají v různých velikostech od velké Megawatt velikostí, které ukládají energii ze solárních elektráren nebo rozvoden zaručit stabilní dodávky v celé vesnice nebo ostrovy, až na malé baterie, jako ty používané v elektronické hodinky.
baterie jsou založeny na různých chemiích, které generují základní napětí článků obvykle v rozsahu 1,0 až 3,6 V. Stohování článků v sérii zvyšuje napětí, zatímco jejich paralelní připojení zvyšuje přívod proudu., Tento princip se používá k doplnění požadovaných napětí a proudů až do velikostí megawattů.
Existuje mnoho očekávání, že technologie baterií je asi vzít další skok s novými modely vyvíjeny s dostatek kapacity pro uložení energie vyrobené s domácí solární nebo větrné systémy a pak moci doma pohodlnější (obvykle v noci) čas na pár dní,
Jak baterie práce?
při vybití baterie produkuje chemická reakce při reakci další elektrony., Příkladem reakce, která produkuje elektrony, je oxidace železa za vzniku rzi. Železo reaguje s kyslíkem a vzdává elektrony kyslíku za vzniku oxidu železa.
standardní konstrukce baterie je použít dva kovy nebo sloučeniny různé chemické potenciály a oddělte je porézní izolant. Chemický potenciál je energie uložená v atomy a vazby sloučeniny, který je pak předával na pohybující se elektrony, když tyto se mohou pohybovat přes připojené externí zařízení.,
vodivou kapalinu, např. soli a vody se používá k přenosu rozpustných iontů z jednoho kovu do druhého v průběhu reakce a nazývá elektrolyt.
kov nebo sloučenina, která ztrácí elektrony během výboje, se nazývá anoda a kov nebo sloučenina, která přijímá elektrony, se nazývá katoda. Tento tok elektronů z anody do katody prostřednictvím vnějšího připojení je to, co používáme ke spuštění našich elektronických zařízení.,
primární vs dobíjecí baterie
když reakce, která produkuje tok elektronů, nemůže být obrácena, je baterie označována jako primární baterie. Když je spotřebována jedna z reaktantů, baterie je plochá.
nejběžnější primární baterií je zinek-uhlíková baterie. Bylo zjištěno, že když je elektrolyt alkalický, baterie trvaly mnohem déle. To jsou alkalické baterie, které kupujeme v supermarketu.
úkolem likvidace takových primárních baterií bylo najít způsob, jak je znovu použít, dobíjením baterií., To se stává nezbytnějším, protože baterie se zvětšují a jejich častá výměna není komerčně životaschopná.
jedna z prvních dobíjecích baterií, nikl-kadmiová baterie (NiCd), také používá alkálie jako elektrolyt. V roce 1989 byly vyvinuty nikl-kovové vodíkové baterie (NiMH) a měly delší životnost než baterie NiCd.
tyto typy baterií jsou velmi citlivé na přebíjení a přehřátí během nabíjení, proto je rychlost nabíjení řízena pod maximální rychlostí. Sofistikované regulátory mohou urychlit nabíjení, aniž by trvaly méně než několik hodin.,
u většiny ostatních jednodušších nabíječek proces obvykle trvá přes noc.
přenosné aplikace – jako jsou mobilní telefony a přenosné počítače-neustále hledají maximální, nejkompaktnější uloženou energii. I když to zvyšuje riziko násilného vybití, je zvládnutelné pomocí omezovačů rychlosti proudu v bateriích mobilních telefonů kvůli celkovému malému formátu.
ale vzhledem k tomu, že větší aplikace baterií se uvažuje o bezpečnosti ve velkém formátu a velké množství článků se stalo významnějším hlediskem.,
první velký skok vpřed: lithium-iontové baterie
nové technologie často vyžadují kompaktnější, vyšší kapacitu, bezpečné, dobíjecí baterie.
V roce 1980, Americký fyzik Profesor John Goodenough vynalezl nový typ lithiové baterie, v níž lithium (Li) mohou migrovat přes baterie z jedné elektrody do druhé jako Li+ ion.,
Lithium je jeden z nejlehčích prvků v periodické tabulce, a to má jednu z největších elektrochemické potenciály, a proto tato kombinace produkuje některé z nejvyšší možné napětí v nejkompaktnější a nejlehčí svazků.
to je základ pro lithium-iontovou baterii. V této nové baterii je lithium kombinováno s přechodným kovem – jako je kobalt, nikl, mangan nebo železo-a kyslík pro vytvoření katody. Během dobíjení, když je napětí aplikováno, kladně nabitý lithiový iont z katody migruje na grafitovou anodu a stává se lithiovým kovem.,
Protože lithium má silnou hnací síla elektrochemické oxidován pokud je to dovoleno, to migruje zpět na katodu, aby se stal Li+ ion znovu a dává svůj elektron zpět na iont kobaltu. Pohyb elektronů v obvodu nám dává proud, který můžeme použít.
druhý velký skok vpřed: nano technologie
v Závislosti na přechodných kovů používají v lithium-ion baterie buňka může mít vyšší kapacitu, ale může být více reaktivní a náchylné na jev známý jako thermal runaway.,
v případě baterií oxidu lithného kobaltu (LiCoO2) vyrobených společností Sony v 90.letech to vedlo k požáru mnoha takových baterií. Možnost výroby katod baterií z materiálu nano-scale a tím i reaktivnější byla mimo otázku.
ale v roce 1990 Goodenough opět udělal obrovský skok v technologii baterií zavedením stabilní lithium-iontové katody na bázi lithia a fosfátu.
tato katoda je tepelně stabilní., To také znamená, že nano-měřítku lithium železo fosfát (LiFePO4) nebo lithium ferrophosphate (LFP) materiály mohou být nyní bezpečně do velký formát buňky, které lze rychle nabíjet a vybíjet.
pro tyto nové články nyní existuje mnoho nových aplikací, od elektrického nářadí po hybridní a elektrické vozidlo. Snad nejdůležitější aplikací bude skladování domácí elektrické energie pro domácnosti.,
Elektrické automobily.
leader ve výrobě této nové baterie formát pro vozidla je Tesla elektrický vůz společnost, která má plány na vybudování „Giga-rostliny“ pro výrobu těchto baterií.
velikost lithiové baterie pro model Tesla S je impozantní 85kWh.,
To je také více než dost pro domácí potřeby domácnosti, což je důvod, proč tam bylo tolik spekulací o tom, co Tesla zakladatel Elon Musk se chystá odhalit tento týden.
modulární konstrukce baterie může vytvářet formáty baterií, které jsou poněkud zaměnitelné a vhodné jak pro vozidla, tak pro domácí aplikace bez nutnosti přepracování nebo rekonstrukce.
možná se chystáme být svědky dalšího generačního posunu výroby a skladování energie poháněného stále se zlepšujícími schopnostmi skromné baterie.,