Jose Alarco Și Peter Talbot , Conversație
Bateriile sunt atât de omniprezente astăzi că sunt aproape invizibile pentru noi. Cu toate acestea, ele sunt o invenție remarcabilă, cu o istorie lungă și etaje, și un viitor la fel de interesant.,o baterie este în esență un dispozitiv care stochează energia chimică care este transformată în energie electrică. Practic, bateriile sunt reactoare chimice mici, reacția producând electroni energetici, gata să curgă prin dispozitivul extern.
bateriile au fost cu noi de mult timp. În 1938, directorul Muzeului din Bagdad a găsit ceea ce se numește acum „bateria din Bagdad” în subsolul Muzeului. Analiza a datat-o în jurul anului 250bc și de origine mesopotamiană.,controversa înconjoară acest prim exemplu de baterie, dar utilizările sugerate includ galvanizarea, ameliorarea durerii sau o furnicătură religioasă.omul de știință și inventatorul american Benjamin Franklin a folosit pentru prima dată termenul „baterie” în 1749, când făcea experimente cu electricitate folosind un set de condensatoare conectate.prima baterie adevărată a fost inventată de fizicianul Italian Alessandro Volta în 1800. Volta stivuite discuri de cupru (Cu) și zinc (Zn) separate prin pânză înmuiată în apă sărată.
firele conectate la fiecare capăt al stivei au produs un curent continuu stabil., Fiecare celulă (un set de un Cu și un disc Zn și saramură) produce 0,76 volți (V). Un multiplu al acestei valori este obținut dat de numărul de celule care sunt stivuite împreună.una dintre cele mai durabile baterii, bateria plumb-acid, a fost inventată în 1859 și este încă tehnologia folosită pentru a porni astăzi majoritatea mașinilor cu motor cu ardere internă. Este cel mai vechi exemplu de baterie reîncărcabilă.,astăzi bateriile vin într-o gamă largă de dimensiuni, de la dimensiuni mari de megawați, care stochează energia de la ferme solare sau substații pentru a garanta o aprovizionare stabilă în sate sau insule întregi, până la baterii minuscule precum cele utilizate în ceasurile electronice.
bateriile se bazează pe diferite chimii, care generează tensiuni de bază ale celulelor, de obicei în intervalul 1.0-3.6 V. Stivuirea celulelor în serie crește tensiunea, în timp ce conexiunea lor în paralel îmbunătățește alimentarea cu curent., Acest principiu este utilizat pentru a adăuga până la tensiunile și curenții necesari, până la dimensiunile Megawatt.există acum mult anticipare că tehnologia bateriei este pe cale de a lua un alt salt cu noi modele dezvoltate cu o capacitate suficientă pentru a stoca energia generată cu sisteme solare sau eoliene interne și apoi puterea de o casă la mai convenabil (în general, de noapte) timp de câteva zile
cum funcționează bateriile?
când o baterie este descărcată, reacția chimică produce niște electroni suplimentari pe măsură ce reacția are loc., Un exemplu de reacție care produce electroni este oxidarea fierului pentru a produce rugina. Fierul reacționează cu oxigenul și renunță la electroni la oxigen pentru a produce oxid de fier.construcția standard a unei baterii este de a utiliza două metale sau compuși cu potențiale chimice diferite și de a le separa cu un izolator poros. Potențialul chimic este energia stocată în atomii și legăturile compușilor, care este apoi transmisă electronilor în mișcare, atunci când aceștia sunt lăsați să se deplaseze prin dispozitivul extern conectat.,un fluid conductor, cum ar fi sarea și apa, este utilizat pentru a transfera ioni solubili de la un metal la altul în timpul reacției și se numește electrolit.metalul sau compusul care pierde electronii în timpul descărcării se numește anod, iar metalul sau compusul care acceptă electronii se numește catod. Acest flux de electroni de la anod la catod prin conexiunea externă este ceea ce folosim pentru a rula dispozitivele noastre electronice.,când reacția care produce fluxul de electroni nu poate fi inversată, bateria este denumită baterie primară. Când unul dintre reactanți este consumat, bateria este plată.cea mai obișnuită baterie primară este bateria zinc-carbon. Sa constatat că atunci când electrolitul este un alcalin, bateriile au durat mult mai mult. Acestea sunt bateriile alcaline pe care le cumpărăm de la supermarket.
provocarea de a elimina cu astfel de baterii primare a fost de a găsi o modalitate de a le reutiliza, prin reîncărcarea bateriilor., Acest lucru devine mai esențial pe măsură ce bateriile devin mai mari, iar înlocuirea lor frecventă nu este viabilă din punct de vedere comercial.una dintre cele mai vechi Baterii reîncărcabile, bateria nichel-cadmiu (NiCd), folosește de asemenea un alcalin ca electrolit. În 1989, bateriile cu hidrogen nichel-metal (NiMH) au fost dezvoltate și au avut o durată de viață mai lungă decât bateriile NiCd.aceste tipuri de baterii sunt foarte sensibile la supraîncărcare și supraîncălzire în timpul încărcării, prin urmare rata de încărcare este controlată sub o rată maximă. Controlerele sofisticate pot accelera încărcarea, fără a dura mai puțin de câteva ore.,
în majoritatea celorlalte Încărcătoare mai simple, procesul durează de obicei peste noapte.
aplicațiile portabile – cum ar fi telefoanele mobile și laptopurile – caută în mod constant energie maximă și compactă stocată. În timp ce acest lucru crește riscul unei descărcări violente, este ușor de gestionat folosind limitatoare de viteză actuale în bateriile telefonului mobil din cauza formatului general mic.dar, ca aplicații mai mari de baterii sunt avute în vedere siguranța în format mare și cantitate mare de celule a devenit un considerent mai important.,
primul mare salt înainte: bateriile litiu-ion
noile tehnologii necesită adesea Baterii reîncărcabile mai compacte, de capacitate mai mare, sigure.în 1980, fizicianul american profesorul John Goodenough a inventat un nou tip de baterie cu litiu în care litiul (Li) ar putea migra prin baterie de la un electrod la altul ca Li+ ion.,litiul este unul dintre cele mai ușoare elemente din tabelul periodic și are unul dintre cele mai mari potențiale electrochimice, prin urmare această combinație produce unele dintre cele mai mari tensiuni posibile în cele mai compacte și mai ușoare volume.aceasta este baza bateriei litiu-ion. În această nouă baterie, litiul este combinat cu un metal de tranziție – cum ar fi cobaltul, nichelul, manganul sau fierul – și oxigenul pentru a forma catodul. În timpul reîncărcării atunci când se aplică o tensiune, ionul de litiu încărcat pozitiv de la catod migrează la anodul de grafit și devine metal de litiu.,deoarece litiul are o forță motrice electrochimică puternică pentru a fi oxidat dacă este permis, migrează înapoi la catod pentru a deveni din nou un ion Li+ și renunță la electronul său înapoi la ionul de cobalt. Mișcarea electronilor în circuit ne dă un curent pe care îl putem folosi.în funcție de metalul de tranziție utilizat în bateria litiu-ion, celula poate avea o capacitate mai mare, dar poate fi mai reactivă și mai susceptibilă la un fenomen cunoscut sub numele de runaway termic.,în cazul bateriilor cu oxid de cobalt de litiu (LiCoO2) fabricate de Sony în anii 1990, acest lucru a dus la aprinderea multor astfel de baterii. Posibilitatea de a face catozi de baterii din materiale la scară nano și, prin urmare, mai reactive a fost în afara problemei.dar în anii 1990 Goodenough a făcut din nou un salt uriaș în tehnologia bateriilor prin introducerea unui catod stabil litiu-ion pe bază de fier și fosfat de litiu.acest catod este stabil termic., De asemenea, înseamnă că materialele fosfat de fier de litiu la scară nano (LiFePO4) sau ferofosfat de litiu (LFP) pot fi acum făcute în siguranță în celule de format mare care pot fi încărcate și descărcate rapid.multe aplicații noi există acum pentru aceste celule noi, de la scule electrice la vehicule hibride și electrice. Poate că cea mai importantă aplicație va fi stocarea energiei electrice interne pentru gospodării.,
masini Electrice
lider în fabricarea acestui acumulator nou format pentru vehicule Tesla electric vehicul compania, care are planuri pentru construirea „Giga-plante” pentru producerea acestor baterii.
dimensiunea pachetului de baterii cu litiu pentru Tesla Model S este un impresionant 85kwh.,
Acest lucru este, de asemenea, mai mult decât suficient pentru piața internă nevoile de uz casnic, care este motivul pentru care există atât de multe speculații cu privire la ceea ce fondatorul Tesla, Elon Musk se pregătește să dezvăluie în această săptămână.
un design modular al bateriei poate crea formate de baterii care sunt oarecum interschimbabile și potrivite atât pentru vehicule, cât și pentru aplicații casnice, fără a fi nevoie de reproiectare sau reconstrucție.poate că suntem pe cale să asistăm la următoarea schimbare generațională în generarea și stocarea energiei, determinată de capacitățile în continuă îmbunătățire ale bateriei umile.,