DIE GESCHICHTE DER BATTERIETECHNOLOGIE

Aktuelle mobile elektronische Geräte unterscheiden sich weitgehend von chemischen Batterien, also Geräten, die chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Heutzutage sind Batterien alltäglich, aber für die Menschen im 18. Jahrhundert war das unglaublich. Wie wurde die Batterie im frühen 19. Jahrhundert von den Menschen als magischer Stift erkannt? Warum dominieren Lithiumbatterien die Unterhaltungselektronikbranche?

Volta Batterie auf Froschschenkel geboren

Wenn es um chemische Batterien, es gibt tatsächlich einen unverzichtbaren Namen, nämlich Volta, und sein Name ist für immer in die Lehrbücher der Menschheit eingraviert. Volta hatte einen alten Freund, Galvani, einen Professor für Naturwissenschaften. Damals entdeckte Galvani ein merkwürdiges biologisches Phänomen: Wenn man die Beine eines gerade toten Frosches auf eine Kupferplatte legt und den Schenkel des Frosches mit einer Klammer befestigt, zuckten die Muskeln des Schenkels. Diese Klammer besteht zufällig aus Zinkmetall. Galvani glaubte, dass die Körperflüssigkeiten in den Schenkeln des Frosches tierische Elektrizität enthielten und dass ein Entladungsprozess auslöste, wenn das Metall in Kontakt kam. Als Volta dies hörte, war er gegenteiliger Meinung. Volt glaubte, dass es in tierischen Körperflüssigkeiten keine Bioelektrizität gebe und dass der Strom durch den Kontakt zweier verschiedener Metalle mit den Körperflüssigkeiten entstünde. Zwei alte Freunde vertreten ihre eigene Meinung.

Volta bewies seine Idee schließlich mit einer Erfindung, dem Volthaufen, einem der Objekte im Hintergrund des obigen Fotos.

Der Vorgang des Spannungsnachweises ist sehr einfach und klassisch. Dabei werden Froschschenkel durch mit Salzwasser getränkte Pappe ersetzt, an beiden Enden werden zunächst Zink und Silber als Metall verwendet und dann Silber- und Zinkmetall als Drähte herausgeführt. Wenn die ausgehenden Stromleitungen angeschlossen werden, wird Strom erzeugt. Darüber hinaus hat die in Form dieses Volt-Stacks hergestellte Batterie eine relativ stabile Spannung und speichert viel Strom. Dies ist die erste Batterie in der Geschichte der Menschheit.

Im Jahr 1800 dokumentierte Volta die Methode und den Herstellungsprozess im Detail und teilte sie mit allen. Auch Napoleon war sehr interessiert, als er davon hörte, und lud Volta ein, ihm seine Erfindung zu erklären.

Mit der Vorführung wollte Volta Napoleon zeigen, dass die Volta-Säule einen Eisendraht rot brennen lassen konnte, sodass das Wasser Blasen bildete. Zudem erlebte Napoleon selbst, wie sich ein elektrischer Schlag anfühlt.

Nach der Klassifizierung der modernen Wissenschaft gehört der Volt-Stack zu den Primärbatterien, also den Batterien, die nicht wiederholt verwendet werden können.

Trockenbatterien

Die uns besser bekannte metallische Lithium-Primärbatterie ist die Knopfbatterie, die häufig in Uhren und Taschenrechnern verwendet wird. Es handelt sich um eine typische Lithium-Primärbatterie. Batterie.

Zink-Mangan trocken Batterie ist eine im täglichen Leben häufig verwendete Trockenbatterie.

Beachten Sie, dass das Lithium Batterie bezieht sich hier auf eine primäre Trockenbatterie. Die Lithiumbatterie in der Tabelle ist eine primäre Lithiumbatterie, die Metall Li als negative Elektrode und SOCl2 als positive Elektrode verwendet. Mit der Lithiumbatterie meinen wir oft die wiederaufladbare Lithiumbatterie.

Dabei handelt es sich um die zweite Kategorie von Batterien, die Sekundärbatterien.

Die erste wiederaufladbare Batterie der Welt

Im Jahr 1859 entdeckte der Franzose Plante, dass, wenn Gleichstrom durch zwei in verdünnte Schwefelsäure getauchte Bleiplatten geleitet wird, auf den beiden Bleiplatten wiederholt elektromotorische Kraft erzeugt werden kann, wodurch ein Blei-Säure-Batterie. Diese Art von Batterie hat nicht nur eine hohe Energiespeicherdichte, sondern kann durch Aufladen auch viele Male verwendet werden. Dies ist die erste wiederaufladbare Batterie in der Geschichte der Menschheit: die Blei-Säure-Batterie. Blei-Säure-Batterien sind in den Serien 2,4 V, 4 V, 6 V, 8 V, 12 V, 24 V mit Kapazitäten von 200 mAh bis 3000 Ah erhältlich.

Derzeit ist es sehr üblich, dass Elektrofahrzeuge immer noch Blei-Säure-Batterien.

Anschließend entwickelten sich aus Nickel-Cadmium-Akkus Nickel-Metallhydrid-Akkus.

Nickel-Cadmium-Batterien

Das positive Elektrodenmaterial der Nickel-Cadmium-Batterie besteht aus Nickeloxidpulver und Graphitpulver; das negative Elektrodenmaterial besteht aus Cadmiumoxidpulver und Eisenoxidpulver. Die Nickel-Cadmium-Batterie ist der älteste Batterietyp, der in Mobiltelefonen verwendet wurde. Sie kann mehr als 500 Mal geladen und entladen werden. Sie ist wirtschaftlich und langlebig. Sie kann der Last einen hohen Strom liefern und die Spannungsänderung während der Entladung ist gering. Sie ist eine sehr ideale Batterie für die Gleichstromversorgung.

Der größte Nachteil von Nickel-Cadmium-Batterien besteht darin, dass bei unsachgemäßer Handhabung während des Lade- und Entladevorgangs ein schwerwiegender „Memory-Effekt“ auftritt, der die Lebensdauer erheblich verkürzt. Der sogenannte „Memory-Effekt“ bedeutet, dass die Batterie vor dem Laden nicht vollständig entladen wird, wodurch die Batteriekapazität mit der Zeit abnimmt. Darüber hinaus ist Cadmium giftig und verursacht Schwermetallverschmutzung, sodass Nickel-Cadmium-Batterien dem Schutz der ökologischen Umwelt nicht förderlich sind. Aufgrund dieser Mängel sind Nickel-Cadmium-Batterien grundsätzlich nicht für den Einsatz in Batterien für digitale Geräte geeignet.

Ni-MH-Akku (Ni/MH)

Es handelt sich um eine Modifikation von Nickel-Cadmium-Batterien, bei der Cadmium (Cd) durch ein Metall ersetzt wird, das Wasserstoff absorbieren kann. Die Geburt von Nickel-Metallhydrid-Batterien wird der Entdeckung von Wasserstoffspeicherlegierungen zugeschrieben. Wasserstoffspeicherlegierungen können unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen große Mengen Wasserstoff absorbieren und freisetzen, weshalb sie anschaulich als „wasserstoffabsorbierende Schwämme“ bezeichnet werden. In einer stark alkalischen Elektrolytlösung wird es wiederholt geladen und entladen und existiert lange Zeit stabil, wodurch ein neuer Typ von negativem Elektrodenmaterial bereitgestellt wird, und auf dieser Grundlage wird eine Nickel-Wasserstoff-Batterie erfunden. Die Hauptquelle für Wasserstoffspeicherlegierungen sind Seltene Erden, und Chinas Seltenerdressourcen machen mehr als 70% der weltweiten Gesamtreserven aus. Die Entwicklung von Nickel-Metallhydrid-Batterien hat einzigartige Vorteile.

Die Kapazität vorhandener NiMH-Batterien ist bereits höher als die von Alkalibatterien (vom Volumen her). Nehmen wir beispielsweise AA-Batterien: Die angegebene Kapazität von NiMH-Batterien kann 2900 mAh erreichen, während die Kapazität von Alkalibatterien nur ~2100 mAh beträgt, was natürlich viel höher ist als die von NiCd. Die Batterie hat 1100 mAh, ist aber immer noch nicht so hoch wie eine Lithium-Ionen-Batterie.

Der Nachteil von NiMH-Akkus besteht darin, dass sie teurer sind als NiCd-Akkus.

Lithiumbatterie

Lithiumbatterien sind die Krönung der wiederaufladbaren Batterien.

Lithium-Sekundärbatterien erfreuen sich seit langem großer Beliebtheit in der Forschung, doch bisher wurden Sekundärbatterien mit metallischem Lithium als negativer Elektrode nicht in Produktion genommen. Warum? Der Schlüssel liegt in der Sicherheit.

Wenn metallisches Lithium verwendet wird, ist der Entladevorgang derselbe wie zuvor und der Ladevorgang umgekehrt. Der externe Stromkreis liefert viele Elektronen an die negative Elektrode, und Lithiumionen erhalten Elektronen an der negativen Elektrode und werden abgeschieden. Das Problem besteht darin, dass bei der Abscheidung von metallischem Lithium eine Dendritensegregation auftritt, d. h. es bildet sich ein dendritenähnlicher Kristall. Wenn die Dendriten lang genug sind, um die positive Elektrode mit der negativen Elektrode zu verbinden, tritt ein Kurzschluss auf und die Lithiumbatterie explodiert.

Daher ist die Entwicklung von Lithium-Sekundärbatterien derzeit auf einen enormen Engpass gestoßen. Die Forscher mussten eine Substanz finden, die metallisches Lithium absorbieren konnte, um die Dendritensegregation zu verhindern und Lithium als negative Elektrode zu ersetzen. Diese großartige Idee stammte 1981 von Bell Labs, und die Substanz, nach der sie suchten, war uns auch als Graphit bekannt. Wie wir alle wissen, hat Graphit eine geschichtete Struktur, sodass Lithiummetall leicht in Graphit eingefügt werden kann, um eine Graphit-Zwischenschichtverbindung aus C6Li zu bilden, die das Problem der Lithium-Dendritensegregation während des Ladens vermeidet und das Problem der Sekundärbatterie erfolgreich löst. Sicherheitsprobleme haben direkt zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien geführt.

Vorteile von Lithiumbatterien

Hohe Spannung, die Betriebsspannung der einzelnen Batterie beträgt 3,7-3,8 V (3,2 V für Lithiumeisenphosphat), das ist dreimal so viel wie bei Nickel-Cadmium-Batterien und Nickel-Wasserstoff-Batterien

Große spezifische Energie, 3-4 mal so hoch wie bei Ni-Cd-Akkus, 2-3 mal so hoch wie bei Ni-MH-Akkus

Lange Lebensdauer, kann im Allgemeinen mehr als 500-mal, sogar mehr als 1000-mal erreichen, Lithiumeisenphosphat kann mehr als 2000-mal erreichen

Gute Sicherheitsleistung, enthält kein Cadmium, Blei, Quecksilber und andere Elemente, die die Umwelt belasten, kein Memory-Effekt

Diese Vorteile haben zur überwältigenden Verbreitung von Lithiumbatterien geführt. Lithiumbatterien finden sich in Elektrofahrzeugen, Elektrofahrzeugen und digitalen Produkten.

Wissenschaft und Technologie kommen der Menschheit zugute. Als relativ alte Industrie hat die Batterieindustrie dank der Entwicklung von Lithiumbatterien einen stetigen Energiestrom für eine neue Runde technologischer Innovationen geschaffen.