Jose Alarco Ja Peter Talbot , Keskustelun
Akut ovat niin yleisiä nykyään, että ne ovat lähes näkymätön meille. Silti ne ovat merkittävä keksintö, jolla on pitkä ja värikäs historia, ja yhtä jännittävä tulevaisuus.,
akku on pohjimmiltaan laite, joka varastoi kemiallista energiaa, joka muutetaan sähköksi. Pohjimmiltaan akut ovat pieniä kemiallisia reaktoreita, joiden reaktio tuottaa energisiä elektroneja, jotka ovat valmiita virtaamaan ulkoisen laitteen läpi.
akut ovat olleet mukana jo pitkään. Vuonna 1938 Johtaja Bagdadin Museon löysi mitä nyt kutsutaan ”Bagdadin Akku” kellarissa museo. Analyysi ajoitettu noin 250BC ja Mesopotamialaista alkuperää.,
kiista ympäröi tätä varhaisinta esimerkkiä akusta, mutta ehdotettuja käyttötarkoituksia ovat muun muassa galvanointi, kivunlievitys tai uskonnollinen kihelmöinti.
Amerikkalainen tiedemies ja keksijä Benjamin Franklin ensin käytetty termi ”akku” vuonna 1749, kun hän oli tekemässä kokeita, joissa sähköä käytetään joukko toisiinsa kondensaattorit.
ensimmäinen todellinen akun keksi italialainen fyysikko Alessandro Volta vuonna 1800. Volta pinottu levyt kupari (Cu) ja sinkki (Zn), erotettu kankaalla liottaa suolavedessä.
pinon kumpaankin päähän kytketyt johdot tuottivat jatkuvan vakaan virran., Kukin solu (joukko Cu ja Zn levy ja suolavesi) tuottaa 0,76 volttia (V). Tätä arvoa saadaan kerrannaisena yhteen pinottujen solujen lukumäärällä.
Yksi kaikkein kestävimmät akut, lyijy-happo akku, keksittiin vuonna 1859 ja on edelleen käytetty tekniikka aloittaa kaikkein polttomoottori autot tänään. Se on vanhin esimerkki ladattavasta akusta.,
Tänään paristot tulevat eri kokoja alkaen suuri Megawatin kokoisia, joka tallentaa virtaa aurinkoenergia tai sähköasemat taata vakaa tarjonta kokonaisia kyliä ja saaria, alas pieniä paristoja, kuten ne, joita käytetään elektroniset kellot.
Akut perustuvat eri kemiat, joka tuottaa perus solujen jännitteet tyypillisesti 1,0-3,6 V välillä. Sarjojen solujen pinoaminen lisää jännitettä, kun taas niiden rinnakkainen yhteys parantaa virran tarjontaa., Tätä periaatetta käytetään laskemaan yhteen tarvittavat jännitteet ja virtaukset Megawattikokoihin asti.
– Siellä on nyt paljon ennakointia, että akkuteknologia on toinen harppaus kanssa uusia malleja kehitetään tarpeeksi kapasiteettia tallentaa power tuotettu kotimainen aurinko-tai tuuli-järjestelmät ja sitten valta on kotona helpompaa (yleensä yöllä) aika pari päivää
Miten akut toimivat?
akun purkautuessa kemiallinen reaktio tuottaa joitakin ylimääräisiä elektroneja reaktion tapahtuessa., Esimerkki elektroneja tuottavasta reaktiosta on raudan hapettuminen ruosteen tuottamiseksi. Rauta reagoi hapen kanssa ja luovuttaa elektroneja hapelle tuottaakseen rautaoksidia.
standardi rakentaminen akku on käyttää kahta metallien tai yhdisteitä, joilla on erilaiset kemialliset potentiaalit ja erottaa ne huokoinen eriste. Kemiallinen potentiaali on varastoitunutta energiaa atomien ja joukkovelkakirjojen yhdisteitä, joita on sitten välittänyt liikkuvat elektronit, kun nämä eivät saa liikkua liitetty ulkoinen laite.,
suorittaa nestettä, kuten suolaa ja vettä käytetään siirtämään liukenee ioneja yksi metalli muut reaktion aikana, ja se on nimeltään elektrolyytti.
metalli tai yhdiste, joka menettää elektroneja aikana vastuuvapauden kutsutaan anodi ja metalli tai yhdiste, joka hyväksyy elektroneja kutsutaan katodi. Elektronien virta anodista katodiin ulkoisen yhteyden kautta on se, mitä käytämme elektronisten laitteidemme pyörittämiseen.,
Ensisijainen vs akut
Kun reaktio, joka tuottaa virtaa elektroneja voi olla päinvastainen akku on kutsutaan ensisijainen akku. Kun yksi reaktantti kuluu akku on tasainen.
yleisin primääriakku on sinkki-hiili-akku. Havaittiin, että kun elektrolyytti on alkali, akut kestivät paljon kauemmin. Nämä ovat Marketista ostamiamme alkaliparistoja.
haaste hävität tällaisia galvaanisten paristojen oli löytää tapa käyttää niitä uudelleen, lataamalla akkuja., Tämä muuttuu olennaisemmaksi akkujen kasvaessa, eikä niiden usein vaihtaminen ole kaupallisesti kannattavaa.
Yksi varhaisimmista akut, nikkeli-kadmium-akku (NiCd), myös käyttää alkali-elektrolyyttinä. Vuonna 1989 kehitettiin nikkelimetalliset vetyakut (NiMH), joiden käyttöikä oli pidempi kuin NiCd-akuilla.
Nämä tyypit paristot ovat erittäin herkkiä ylihinnoittelua ja ylikuumeneminen aikana maksu, siksi latausvirta ohjataan alla enimmäismäärä. Hienostuneet ohjaimet voivat nopeuttaa latausta ilman, että se kestää alle muutaman tunnin.,
useimmissa muissa yksinkertaisemmissa latureissa prosessi kestää tyypillisesti yön yli.
Kannettavat sovellukset – kuten matkapuhelimet ja kannettavat tietokoneet – etsivät jatkuvasti maksimaalista, kompaktimpaa tallennettua energiaa. Vaikka tämä lisää riskiä väkivaltainen vastuuvapauden, se on hallittavissa käyttäen nykyistä vauhtia rajoittimet matkapuhelimen akkuja, koska koko pieni-muodossa.
Mutta suurempi sovelluksia akut suunnitellaan turvallisuutta isokokoisia ja suuri määrä soluja on tullut tärkeämpi näkökohta.,
ensimmäinen suuri harppaus eteenpäin: litiumioniakut
uudet teknologiat vaativat usein kompaktimpi, suurempi kapasiteetti, Turvalliset, ladattavat akut.
Vuonna 1980, Amerikkalainen fyysikko, Professori John Goodenough keksi uuden tyyppinen litium-akku, jossa litium (Li) voisi siirtää kautta akun päässä yksi elektrodi muut kuin Li+ – ioni.,
Litium on yksi kevyin elementtejä jaksollisen ja se on yksi suurimmista sähkökemiallinen potentiaali, siksi tämä yhdistelmä tuottaa joitakin korkein mahdollinen jännite vuonna pienikokoisin ja kevyin määriä.
Tämä on litiumioniakun perusta. Tässä uudessa akussa litium yhdistetään siirtymämetalliin – kuten kobolttiin, nikkeliin, mangaaniin tai rautaan-ja happeen katodin muodostamiseksi. Aikana latauksen, kun jännite on sovellettu, positiivisesti varautunut litium-ioni päässä katodi siirtyy grafiitti anodi ja tulee litium-metallia.,
Koska litium on vahva sähkökemiallinen liikkeellepaneva voima on hapetettu jos sallittu, se siirtyy takaisin katodi tulla Li+ – ionin uudestaan ja antaa sen electron takaisin koboltti-ioni. Elektronien liike kehässä antaa meille virran, jota voimme käyttää.
toinen suuri harppaus eteenpäin: nano-teknologiaa
Riippuen siitä, siirtyminen metalli käytetään litium-ioni-akku, solu voi on suurempi kapasiteetti, mutta voi olla enemmän reaktiivinen ja herkkä ilmiö tunnetaan thermal runaway.,
jos litium-koboltti-oksidi (LiCoO2) – akkuja Sonyn 1990-luvulla, tämä johti siihen, että monet tällaiset akut catching fire. Mahdollisuus tehdä akkukatodeja nanoasteikon materiaalista ja siten reaktiivisempaa ei tullut kysymykseen.
Mutta 1990-luvulla Goodenough teki jälleen valtava harppaus akkuteknologian ottamalla käyttöön vakaa litium-ioni katodi perustuu litium-rauta ja fosfaatti.
tämä katodi on termisesti stabiili., Se tarkoittaa myös sitä, että nano-mittakaavassa litium-rauta-fosfaatti (LiFePO4) tai litium ferrophosphate (LFP) materiaaleja voidaan nyt tehdä turvallisesti suurikokoiset solut, jotka voidaan nopeasti ladata ja purkaa.
näille uusille soluille on nyt olemassa monia uusia sovelluksia sähkötyökaluista hybridi-ja sähköautoihin. Ehkä tärkein sovellus on kotitalouksien sähköenergian varastointi.,
sähköautot
leader valmistus tämä uusi akku-muodossa ajoneuvojen on Tesla sähköauton yritys, jolla on suunnitelmia rakentaa ”Giga-kasveja” tuotantoon nämä akut.
Tesla Model S: n litiumakkupaketin koko on vaikuttava 85kWh.,
Tämä on myös enemmän kuin tarpeeksi ja kotitalouksien tarpeisiin, minkä vuoksi on ollut niin paljon spekulaatiota siitä, mitä Teslan perustaja Elon Musk aikoo paljastaa tällä viikolla.
modulaarinen akku suunnittelu voi luoda akku muotoja, jotka ovat hieman keskenään ja sopii sekä ajoneuvon ja kotimaisia sovelluksia ilman tarvetta suunnitella uudelleen tai jälleenrakentamiseen.
Ehkä olemme todistamassa seuraavan sukupolven muutos energian tuotanto ja varastointi vetämänä koskaan-parantamalla valmiuksia nöyrä akku.,