鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:652次 | 2021年03月22日
新能源板塊大漲背后,鋰電池是如何改變?nèi)祟?lèi)歷史的
最近新能源板塊一片飄紅,欣欣向榮,今天我們來(lái)聊聊電池,手機(jī)電池的發(fā)展與工作原理。
一、電池的工作原理
能把化學(xué)能、光能、熱能等直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置稱(chēng)為電池,它又有化學(xué)電池、太陽(yáng)能電池、核電池等等類(lèi)型,而我們通常說(shuō)的電池一般都是指化學(xué)電池。
實(shí)用的化學(xué)電池又分為:原電池和蓄電池,我們?nèi)粘I钪薪佑|到的電池,基本都是蓄電池。蓄電池使用前需要先充電,之后可以放電使用,它在充電的時(shí)候,是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,放電的時(shí)候,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
電池放電的時(shí)候,電流由正極經(jīng)過(guò)外電路到負(fù)極,在電解液內(nèi),正負(fù)離子分別向兩極遷移,電流從負(fù)極到正極,放電時(shí)兩個(gè)電極都有發(fā)生化學(xué)反應(yīng),電路斷開(kāi)或其中化學(xué)反應(yīng)物耗盡會(huì)停止放電。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
根據(jù)電池內(nèi)部使用的物質(zhì)不同,蓄電池有可充電的,也有不可充電的,有些化學(xué)反應(yīng)是可逆的,有些不可逆。
而電池的蓄電放電能力多少與速度就與其材料息息相關(guān)。
二、手機(jī)電池的發(fā)展史
手機(jī)的電池基本可以分為三個(gè)階段:鎳鎘電池→鎳氫電池→鋰電池
從這三個(gè)階段名字,我們就可以看出來(lái),電池主要使用的化學(xué)元素在變化,電池內(nèi)的技術(shù)革新就更多了,我們現(xiàn)在甚至可以說(shuō),如果沒(méi)有鋰電池,就沒(méi)有現(xiàn)如今的移動(dòng)智能生活。
標(biāo)稱(chēng)電壓:28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
在80年代,手機(jī)初期,還叫做“大哥大”,從名字就能看出來(lái)它塊頭很大,之所以大主要就是電池很大,后來(lái)一段時(shí)間內(nèi)誰(shuí)家手機(jī)越小,誰(shuí)就能搶占更多市場(chǎng)份額。
90年代,鎳氫電池出現(xiàn),它相對(duì)更小也更環(huán)保一些,摩托羅拉的的明星產(chǎn)品StarTAC便使用的是鎳氫電池,因其足夠的小而顛覆人們的認(rèn)知,96年發(fā)售的一代StarTAC328,是世界上首款翻蓋手機(jī),機(jī)身重量?jī)H有87克。
90年代初期鋰電池也已經(jīng)面世,92年索尼自研發(fā)的鋰電池投入到自家產(chǎn)品使用,但因?yàn)槭蹆r(jià)昂貴和電量沒(méi)有任何突出優(yōu)勢(shì),僅僅只自家產(chǎn)品使用。后續(xù)隨著鋰電池材料技術(shù)革新,制造技術(shù)進(jìn)步,使其容量和成本均有改善,逐漸獲得更多廠商青睞,鋰電池時(shí)代宣布正式到來(lái)。
三、鋰電池與諾貝爾獎(jiǎng)
雖然手機(jī)更新?lián)Q代發(fā)展極快,但是手機(jī)電池相對(duì)發(fā)展緩慢,根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù),每10年電池的容量才增加10%,想要在短期內(nèi)大幅提升手機(jī)電池容量幾乎不太可能,因此手機(jī)電池領(lǐng)域也有無(wú)限可能和潛力。
2019年的諾貝爾獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng),授予約翰·古迪納夫教授、斯坦利·威廷漢教授和吉野彰博士,表彰他們?cè)阡囯姵仡I(lǐng)域做出的突出貢獻(xiàn),約翰·古迪納夫教授是目前為止最年長(zhǎng)的諾獎(jiǎng)獲得者,并且依然還奮斗在科研一線,其實(shí)在他們獲獎(jiǎng)之前每年都有人預(yù)測(cè)鋰電池的相關(guān)是否會(huì)獲獎(jiǎng),鋰電池的進(jìn)步對(duì)社會(huì)影響與貢獻(xiàn)實(shí)在是太大了,他們的獲獎(jiǎng)實(shí)至名歸。
上世紀(jì)70年代中東戰(zhàn)爭(zhēng)導(dǎo)致第一次石油危機(jī),人們開(kāi)始意識(shí)到擺脫石油依賴(lài)的重要性,紛紛投入到能代替石油的新能源中,各國(guó)在研發(fā)電池上的熱情也空前高漲,古迪納夫就是深受石油危機(jī)影響,他希望能夠在能源替代上做出貢獻(xiàn)。
作為在大爆炸中最初幾分鐘內(nèi)產(chǎn)生的古老元素,鋰,最初它是以鋰離子形式在19世紀(jì)初被瑞典化學(xué)家發(fā)現(xiàn),它極為活潑,弱點(diǎn)是反應(yīng)性,但同時(shí)這也是它的優(yōu)點(diǎn)。
使用純鋰作為陽(yáng)極的電池充電時(shí),會(huì)導(dǎo)致鋰枝晶的形成,這些鋰枝晶會(huì)使電池短路,引起火災(zāi)甚至爆炸,不過(guò)科研人員從未放棄對(duì)鋰電池的研究。
諾獎(jiǎng)的三位得主:斯坦利·威廷漢在20世紀(jì)70年代初開(kāi)發(fā)出一種可在室溫下工作的可充電的鋰電池,是第一塊功能齊全的鋰電池,他利用了鋰釋放其外層電子強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力;
威廷漢的電池可以產(chǎn)生略多于2伏特的電壓,1980年,古迪納夫發(fā)現(xiàn)在陰極中使用鈷酸鋰作為材料的電池產(chǎn)生的電壓可以提升2倍,他將電池的電勢(shì)提高了一倍,高能量密度的極陰材料分量很輕,但可以制作出性能更強(qiáng)勁的電池,這位開(kāi)發(fā)更實(shí)用的電池創(chuàng)造了更好條件;
1985年吉野彰開(kāi)發(fā)了第一個(gè)可商用的鋰離子電池,他選擇古迪納夫使用的鈷酸鋰作為陰極,并成功地用碳代替了鋰合金作為電池的負(fù)極,他開(kāi)發(fā)出了具有工作穩(wěn)定、重量輕、容量大有點(diǎn)的鋰電池,這種電池變更安全,自燃風(fēng)險(xiǎn)大大降低。
正是他們的研究,推進(jìn)了鋰電池走入萬(wàn)千電子產(chǎn)品,讓我們能享受現(xiàn)代化的移動(dòng)生活,鋰電池為無(wú)線、無(wú)需化石燃料的新型社會(huì)創(chuàng)造了合適的條件,極大地造福了人類(lèi)。
科技永不停步
當(dāng)年的大哥大,充電10小時(shí),通話35分鐘,而如今,我們的手機(jī)迭代不斷,我們不會(huì)像過(guò)去一樣被充電問(wèn)題束縛很久,但是科技永不止步,我們始終還在探索更大容量、更小體積、更持久續(xù)航的路上。
時(shí)至今日,鋰電池的枝晶問(wèn)題依然像幽靈一樣困擾科研人員,面對(duì)這個(gè)重大安全隱患,世界各國(guó)科學(xué)家仍在努力,諾獎(jiǎng)得主古迪納夫在90歲高齡還毅然決然投身于固態(tài)電池的研發(fā)中。
朋友你對(duì)新能源有什么看法,對(duì)未來(lái)電池領(lǐng)域有何展望,你對(duì)未來(lái)手機(jī)又有什么期待?
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