LA HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA DE LAS BATERÍAS

Los dispositivos electrónicos móviles actuales están en gran medida separados de las baterías químicas, que son dispositivos que convierten la energía química en energía eléctrica. En la actualidad, las baterías son algo habitual, pero para los seres humanos del siglo XVIII, era increíble. Como pluma mágica a principios del siglo XIX, ¿cómo fue reconocida la batería por los humanos? ¿Por qué las baterías de litio dominan la industria de la electrónica de consumo?

Vuelta batería nacido en el muslo de una rana

Cuando se trata de productos químicos Baterías, hay un nombre indispensable, ese es Volta, y su nombre está grabado para siempre en los libros de texto humanos. Volta tenía un viejo amigo, Galvani, que era profesor de ciencias de primera. En esa época, Galvani descubrió un fenómeno biológico peculiar: al colocar las patas de una rana recién muerta sobre una placa de cobre y sujetar el muslo de la rana con una pinza, los músculos del muslo se contraían. Resulta que esta pinza está hecha de zinc metálico. Galvani creía que los fluidos corporales de los muslos de la rana contenían electricidad animal y que cuando el metal entraba en contacto, se producía un proceso de descarga. Cuando Volta escuchó esto, sostuvo la opinión contraria. Volt creía que no había bioelectricidad en los fluidos corporales animales y que la corriente provenía del contacto de dos metales diferentes con el fluido corporal. Dos viejos amigos tienen sus propias opiniones.

Volta finalmente demostró su idea con un invento, el montón Volt, uno de los objetos que aparecen en el fondo de la fotografía de arriba.

El proceso de prueba de voltaje es muy simple y clásico, es decir, reemplaza los muslos de rana con cartón empapado en agua salada, primero usa zinc y plata como metal en ambos extremos, y luego saca el metal plata y zinc como cables, cuando se conectan las líneas de energía salientes, es para generar corriente. Además, la batería hecha en forma de esta pila de voltios tiene un voltaje relativamente estable y almacena mucha electricidad. Esta es la primera batería en la historia de la humanidad.

En 1800, Volta registró el método y el proceso de fabricación en detalle y lo compartió con todo el mundo. Napoleón también se interesó mucho al enterarse de ello e invitó a Volta a explicar su invento.

En la exhibición, Volta quería mostrarle a Napoleón que la pila de volta podía quemar el alambre de hierro hasta ponerlo rojo, haciendo que el agua burbujeara, y Napoleón también experimentó personalmente la sensación de una descarga eléctrica.

Según la clasificación de la ciencia moderna, la pila de voltios pertenece a la batería primaria, es decir, la batería que no se puede utilizar repetidamente.

Pilas secas

La pila primaria de litio de metal con la que estamos más familiarizados es la pila de botón que se utiliza a menudo en relojes y calculadoras. Es una pila primaria de litio típica. batería.

Zinc-manganeso seco batería Es una batería seca de barril de uso común en la vida diaria.

Tenga en cuenta que el litio batería Aquí se hace referencia a una batería seca primaria. La batería de litio de la tabla es una batería de litio primaria que utiliza el metal Li como electrodo negativo y SOCl2 como electrodo positivo. La batería de litio que solemos llamar batería de litio recargable.

Se trata de la segunda categoría de baterías: las baterías secundarias.

La primera batería recargable del mundo

En 1859, el francés Plante descubrió que cuando la corriente continua pasaba a través de dos placas de plomo sumergidas en ácido sulfúrico diluido, se podía generar repetidamente una fuerza electromotriz en las dos placas de plomo, lo que hacía que batería de plomo-ácidoEste tipo de batería no solo tiene una alta densidad de almacenamiento de energía, sino que también se puede utilizar muchas veces cargándola. Se trata de la primera batería recargable de la historia de la humanidad: la batería de plomo-ácido. Baterías de plomo-ácido Están disponibles en series de 2,4 V, 4 V, 6 V, 8 V, 12 V, 24 V con capacidades de 200 mAh a 3000 Ah.

En la actualidad, es muy común que los vehículos eléctricos sigan utilizándose Baterías de plomo-ácido.

Posteriormente se desarrollaron las baterías de níquel-cadmio y las baterías de níquel-hidruro metálico.

Baterías de níquel-cadmio

El material del electrodo positivo de la batería de níquel-cadmio está compuesto de polvo de óxido de níquel y polvo de grafito; el material del electrodo negativo está compuesto de polvo de óxido de cadmio y polvo de óxido de hierro. La batería de níquel-cadmio es el tipo de batería más antiguo utilizado en los teléfonos móviles. Puede cargarse y descargarse repetidamente más de 500 veces. Es económica y duradera. Puede proporcionar una gran corriente para la carga y el cambio de voltaje durante la descarga es pequeño. Es una batería de suministro de energía de CC muy ideal.

La desventaja más fatal de las baterías de níquel-cadmio es que si no se manejan adecuadamente durante el proceso de carga y descarga, se producirá un grave "efecto memoria", que acortará en gran medida la vida útil. El llamado "efecto memoria" significa que la energía de la batería no se descarga completamente antes de cargarla, lo que hará que la capacidad de la batería disminuya con el tiempo. Además, el cadmio es tóxico y provocará contaminación por metales pesados, por lo que las baterías de níquel-cadmio no favorecen la protección del medio ambiente ecológico. Estas deficiencias hacen que las baterías de níquel-cadmio estén básicamente fuera del ámbito de aplicación de las baterías de equipos digitales.

Batería de Ni-MH (Ni/MH)

Se trata de una modificación de las baterías de níquel-cadmio, que sustituyen al cadmio (Cd) por un metal que puede absorber hidrógeno. El nacimiento de las baterías de níquel-hidruro metálico se atribuye al descubrimiento de las aleaciones de almacenamiento de hidrógeno. Las aleaciones de almacenamiento de hidrógeno pueden absorber y liberar una gran cantidad de hidrógeno en determinadas condiciones de temperatura y presión, por lo que se las denomina vívidamente "esponjas absorbentes de hidrógeno". En una solución electrolítica alcalina fuerte, se carga y descarga repetidamente y existe de forma estable durante mucho tiempo, proporcionando así un nuevo tipo de material de electrodo negativo, y sobre esta base, se inventa una batería de níquel-hidruro. La principal fuente de aleaciones de almacenamiento de hidrógeno son las tierras raras, y los recursos de tierras raras de China representan más de 70% de las reservas totales del mundo. El desarrollo de baterías de níquel-hidruro metálico tiene ventajas únicas.

La capacidad de las baterías de NiMH existentes ya es mayor que la de las baterías alcalinas (en términos de volumen). Si tomamos como ejemplo las baterías AA, la capacidad marcada de las baterías de NiMH puede alcanzar los 2900 mAh, mientras que la capacidad de las baterías alcalinas es de solo ~2100 mAh, que por supuesto es mucho mayor que la de las baterías de NiCd. La batería tiene 1100 mAh, pero aún está por debajo de una batería de iones de litio.

La desventaja de las baterías NiMH es que son más caras que las baterías NiCd.

Batería de litio

Baterías de litio Son la corona de las baterías recargables.

Las baterías secundarias de litio han sido muy populares en la investigación durante un largo período de tiempo, pero hasta ahora, las baterías secundarias con litio metálico como electrodo negativo no se han puesto en producción. ¿Por qué? La clave es la seguridad.

Si se utiliza litio metálico, el proceso de descarga es el mismo que antes y el proceso de carga se invierte. El circuito externo proporciona una gran cantidad de electrones al electrodo negativo y los iones de litio obtienen electrones en el electrodo negativo y se precipitan. El problema es que durante la precipitación del litio metálico se produce una segregación de dendritas, es decir, se forma un cristal similar a una dendrita y, cuando las dendritas son lo suficientemente largas como para estar conectadas desde el electrodo positivo al electrodo negativo, se produce un cortocircuito y la batería de litio explotará.

Por lo tanto, el desarrollo de baterías secundarias de litio se ha encontrado con un gran cuello de botella en este momento. Los investigadores tuvieron que encontrar una sustancia que pudiera absorber el litio metálico para evitar la segregación de dendritas para reemplazar al litio como electrodo negativo. Esta gran idea se originó en Bell Labs en 1981, y la sustancia que buscaban también nos resultaba familiar como grafito. Como todos sabemos, el grafito tiene una estructura en capas, por lo que el metal de litio se inserta fácilmente en el grafito para formar un compuesto de capa intermedia de grafito compuesto de C6Li, que evita el problema de la segregación de dendritas de litio durante la carga y resuelve con éxito el problema de la batería secundaria. Los problemas de seguridad han llevado directamente a la producción de baterías de iones de litio.

Ventajas de Baterías de litio

Alto voltaje, el voltaje de trabajo de la batería única es tan alto como 3,7-3,8 V (3,2 V para fosfato de hierro y litio), que es tres veces mayor que la de las baterías de níquel-cadmio y las de níquel-hidrógeno.

Gran energía específica, 3-4 veces la de las baterías de Ni-Cd, 2-3 veces la de las baterías de Ni-MH

El ciclo de vida largo generalmente puede alcanzar más de 500 veces, incluso más de 1000 veces, el fosfato de hierro y litio puede alcanzar más de 2000 veces.

Buen desempeño de seguridad, no contiene cadmio, plomo, mercurio y otros elementos que contaminan el medio ambiente, sin efecto memoria.

Estas ventajas han llevado a la aplicación masiva de baterías de litio. Se pueden ver baterías de litio en vehículos eléctricos, vehículos eléctricos y productos digitales.

La ciencia y la tecnología benefician a la humanidad. Como industria relativamente antigua, la industria de las baterías ha creado un flujo constante de energía para una nueva ronda de innovación tecnológica debido a la aparición de las baterías de litio.