Tliet riċerkaturi li żviluppaw teknoloġija fil-qalba tal-era tal-ismartphone – u t-trasformazzjoni tas-soċjetà li tirriżulta minnha – rebħu l-Premju Nobel għall-Kimika tal-2019. Ix-xogħol ta 'John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham u Akira Yoshino għamel avvanzi kruċjali fil-batteriji tal-jone tal-litju, li jaħżnu ammonti kbar ta' enerġija f'ċelloli żgħar tal-batteriji u huma malajr u faċli biex jerġgħu jiċċarġjaw.
L-ewwel mibjugħa kummerċjalment fl-1991 minn Sony għall-kamkorders tagħha, dawn it-tipi ta 'batteriji huma tajbin għal ħafna aktar minn elettronika għall-konsumatur portabbli. Qegħdin fiċ-ċentru ta’ żewġ rivoluzzjonijiet teknoloġiċi oħra bis-setgħa li jittrasformaw is-soċjetà: it-tranżizzjoni minn magni tal-kombustjoni interna għal vetturi elettriċi, u l-bidla minn grilja elettrika mħaddma minn fjuwils fossili għal ġeneraturi ta’ enerġija rinnovabbli li jaħżnu l-elettriku żejjed f’batteriji għal użu futur.
Allura kif jaħdmu dawn il-batteriji? Ix-xjentisti u l-inġiniera qattgħu karrieri sħaħ jippruvaw jibnu batteriji aħjar u għad hemm misteri li ma nifhmux bis-sħiħ. It-titjib tal-batteriji jeħtieġ li l-kimiċi u l-fiżiċi jħarsu lejn il-bidliet fil-livell atomiku, kif ukoll inġiniera mekkaniċi u elettriċi li jistgħu jiddisinjaw u jiġbru l-pakketti tal-batteriji li jħaddmu l-apparati. Bħala xjenzat tal-materjali fl-Università ta 'Washington u Pacific Northwest National Lab, ix-xogħol tiegħi għen biex jesplora materjali ġodda għal batteriji tal-litju-arja, batteriji tal-manjeżju u naturalment batteriji tal-jone tal-litju.
Ejja nikkunsidraw ġurnata fil-ħajja ta 'żewġ elettroni. Insemmu lil wieħed minnhom Alex u għandu ħabib jismu George.
Anatomija tal-batterija
Alex jgħix ġewwa batterija AA alkalina standard, bħal fil-flashlight tiegħek jew fil-kontroll mill-bogħod. Ġewwa batterija AA, hemm kompartiment mimli taż-żingu u ieħor mimli bl-ossidu tal-manganiż. F'tarf wieħed, iż-żingu bissdgħajjef tistrieħ fuq l-elettronibħal Alex. Min-naħa l-oħra, l-ossidu tal-manganiżjiġbed bil-qawwaelettroni lejh innifsu. F'nofs, twaqqaf l-elettroni milli jmorru direttament minn naħa għall-oħra, hija biċċa karta mxarrba f'soluzzjoni ta 'potassju u ilma, li jeżistu flimkien bħala joni pożittivi tal-potassju u joni idrossidu negattivi.
Meta l-batterija titpoġġa f'apparat u tinxtegħel, iċ-ċirkwit intern tal-apparat jitlesta. Alex jinġibed 'il barra miż-żingu, miċ-ċirkwit u ġol-ossidu tal-manganiż. Tul it-triq, il-moviment tiegħu jħaddem l-apparat, jew bozza tad-dawl jew dak kollu li hu konness mal-batterija. Meta Alex jitlaq, ma jistax jerġa 'lura: Iż-żingu li tilef bonds ta' elettron ma 'l-idrossidu biex jifforma ossidu taż-żingu. Dan il-kompost huwa estremament stabbli u ma jistax faċilment jiġi kkonvertit lura f'żingu.
Fuq in-naħa l-oħra tal-batterija, l-ossidu tal-manganiż jikseb atomu ta 'ossiġnu mill-ilma u jħalli jonji idrossidu lura biex jibbilanċja l-idrossidu li qed jiġi kkunsmat miż-żingu. Ladarba l-ġirien kollha ta 'Alex ħallew iż-żingu u marru għall-ossidu tal-manganiż, ilbatterija hija eżawritau jeħtieġ li jiġi riċiklat.
Vantaġġi tal-jone tal-litju
Ejja nqabblu dan ma' George, li jgħix f'batterija tal-jone tal-litju. Il-batteriji tal-jone tal-litju għandhom l-istess blokki bażiċi bħal ċelloli AA alkalini, bi ftit differenzi li jagħtu vantaġġi kbar.
George jgħix fil-grafita, li hija saħansitra aktar dgħajfa miż-żingu biex iżomm l-elettroni. U l-parti l-oħra tal-batterija tiegħu hija l-ossidu tal-kobalt tal-litju, li jiġbed l-elettroni b'mod ħafna aktar qawwi mill-ossidu tal-manganiż - li jagħti lill-batterija tiegħu l-abbiltà li taħżen ħafna aktar enerġija fl-istess ammont ta 'spazju minn batterija alkalina. Is-soluzzjoni li tissepara l-grafita u l-ossidu tal-kobalt tal-litju fiha joni tal-litju ċċarġjati b'mod pożittiv, li faċilment jiffurmaw u jkissru rabtiet kimiċi hekk kif il-batterija tiġi skarikata u ċċarġjata mill-ġdid.
