Galvani descubrió la corriente eléctrica.
En 1780, el científico italiano Galvani descubrió que al disecar una rana, dos metales diferentes en contacto con la rana producían una corriente eléctrica débil. Este fue el primer descubrimiento del flujo de electricidad en la historia de la humanidad, lo que hizo posible crear baterías. Pero en ese momento, Galvani pensó que se trataba de bioelectricidad emitida por las ranas.
2. Pila de voltaje
Cuando el físico italiano Volta lo descubrió, se dio cuenta de que podía deberse a la diferencia de potencial entre dos metales diferentes, por lo que se generó el flujo, El papel. de ranas equivale a los electrolitos mencionados hoy. Entonces, en 1800, Volta reemplazó la rana con agua salada y conectó dos metales diferentes, plata y zinc, en el agua salada para generar una corriente eléctrica, que se llamó pila de voltios. Con las baterías se lograron importantes avances en la investigación eléctrica. En ese momento, Italia estaba bajo el control de Napoleón. Después de enterarse del invento de Volta, el general amante de la ciencia se reunió con él en París, lo nombró conde y le dio una gran bonificación. Más tarde, la gente utilizó su nombre como unidad de voltaje.
3. Batería Daniel Cobre-Zinc
En 1836, Daniel inventó la moderna batería primaria de cobre-zinc. Como sugiere el nombre, un polo es de cobre y el otro es de zinc. Coloque las dos placas en el tanque de agua y agregue una solución de ácido sulfúrico como electrolito. Las propiedades químicas del zinc son muy activas y los electrones perdidos van al electrodo negativo a lo largo del circuito externo. Hay iones de hidrógeno en el ácido sulfúrico y los electrones se combinan con los iones de hidrógeno para formar hidrógeno. Más tarde, la gente descubrió que el ácido sulfúrico no era conveniente, por lo que utilizaron una sustancia pastosa en lugar de ácido sulfúrico. Las baterías secas que se utilizan hoy en día están llenas de electrolito blando.
¿Por qué dos metales diferentes pueden producir corriente eléctrica? En química, esto se denomina diferentes potenciales de electrodo de metales y no se explicará en detalle aquí. De todos modos, dos metales diferentes producían electricidad cuando se juntaban. La gente empezó a experimentar con qué metal era mejor. Más tarde, la gente se fue enamorando poco a poco de un metal: el litio. Hablemos de baterías de litio.
4. Batería de Litio
El litio es el tercer elemento y es muy ligero. El litio tiene 6 unidades de masa atómica y el zinc tiene aproximadamente 66 unidades de masa atómica. Para la descarga se necesitan 6 partes en masa de litio y 33 partes en masa de zinc. ¿Está bien? Como el litio es tan ligero, tiene una alta densidad de energía. Las baterías de la misma calidad pueden liberar más energía. De hecho, las baterías de litio aún no se inventaron. El primer inventor fue Edison, quien lo inventó hace más de 100 años. Debido a que las propiedades químicas del litio son muy activas, reacciona fácilmente con otras sustancias. Así que se archivó la invención de las baterías de litio. Estuvo archivado durante más de 100 años. No fue hasta 1991 que Sony introdujo la batería 18650. Todos los amigos que juegan con modelos de aviones saben que, al igual que la batería AA, tiene una estructura simple, un rendimiento estable y es económica. Se puede usar en bancos de energía y computadoras portátiles. La batería 18650 es un tipo de batería de litio. Desde entonces, la gente ha comenzado a reestudiar las baterías de litio.
La batería de litio es una batería recargable, que consta de cuatro partes: electrodos positivo y negativo (igual que las baterías normales), separador (para evitar el paso de los electrones) y electrolito. ¿Por qué se pueden alimentar estas cuatro partes? Cuando el circuito externo se enciende durante la carga, el átomo de litio en el electrodo positivo se descompone en un electrón y un ion de litio, y corre hacia el electrodo negativo a lo largo del circuito externo. Los iones de litio también corren hacia la derecha a través del separador y. luego nos encontramos nuevamente a la derecha. Cuando los iones de litio y los electrones están juntos, algo vuelve a convertirse en algo y luego vuelve a convertirse en un átomo de litio. De hecho, los átomos de litio del electrodo positivo fueron al electrodo negativo. El proceso por el cual los átomos de litio se convierten en iones de litio y electrones en el ánodo tiene un término propio llamado desintercalación. Hablemos del proceso de alta. Los átomos de litio no pueden permanecer en el electrodo negativo y se descomponen en electrones e iones de litio y se combinan en átomos de litio en el electrodo positivo. Los átomos de litio se desintercalan durante el proceso de descomposición del ánodo. Luego descubrimos que el proceso de carga y descarga es el proceso en el que los átomos de litio oscilan hacia adelante y hacia atrás entre los dos polos. Por eso, a la batería de iones de litio, también la llamamos batería oscilante.
Actualmente, la investigación sobre las baterías de litio se centra principalmente en qué materiales utilizar para los electrodos positivos y negativos. No es litio puro, sino algo cargado con átomos de litio. ¿Qué materiales se utilizan? La elección de los materiales es muy importante y hoy en día la gente está básicamente unificada. El electrodo negativo es de grafito. El grafito tiene una estructura en capas, por lo que pueden existir muchos iones de litio entre las capas.
La clave es el material del cátodo. Hay dos materiales catódicos de uso común. Por ejemplo, el fosfato de hierro que usamos a menudo es mejor que las baterías de fosfato de hierro y litio. También hay un material recientemente inventado llamado material ternario, que es bastante popular. ¿Qué tres yuanes? Níquel, cobalto, manganeso o níquel, cobalto, aluminio Este níquel puede aumentar la densidad de energía de la batería, el cobalto hace que la batería sea más estable y el manganeso y el aluminio sirven como materiales de soporte para reducir los costos de la batería. Estos tres materiales se mezclan en cierta proporción para formar un material ternario. ¿Cuáles son entonces las ventajas de cada uno de los dos materiales? Comparamos desde tres aspectos: 1. Densidad de energía, fosfato de hierro 100~150wh/kg, material ternario 200~300wh/kg. ¿Cuál es el concepto de 100wh? 1000wh son un kilovatio hora y 100wh son 0,1 kilovatios hora. La parte trasera es aproximadamente el doble que la delantera. ¿Qué quiere decir esto? Esto quiere decir que hay el doble de pilas de la misma calidad, lo cual es muy exagerado. La duración de la batería de fosfato de hierro y litio es de 1 día y la duración de la batería ternaria puede durar 2 días. Los tranvías de fosfato de hierro pueden viajar 200 kilómetros y las baterías ternarias pueden viajar 400 kilómetros. 2 es el rendimiento a baja temperatura, es decir, si la batería puede descargarse bien cuando la temperatura es relativamente baja. Las baterías de fosfato de hierro y litio tienen un rendimiento deficiente a bajas temperaturas. Una vez que la temperatura baja, la batería básicamente se agotará. Esta situación suele ocurrir con los teléfonos móviles que usábamos antes. Incluso si hace frío, no importa cuánta electricidad se utilice, se quedará sin energía inmediatamente. ¿Por qué? Porque utilizamos baterías de fosfato de hierro y litio. Este tipo de batería de litio tiene un rendimiento deficiente a bajas temperaturas, pero el material ternario es mejor. Su rendimiento a baja temperatura aún puede mantener una potencia de salida del 85% a -20 grados Celsius. Entonces los materiales ternarios son mejores en este punto, pero no todo es perfecto. En términos de seguridad, las baterías de fosfato de hierro son mejores. ¿Por qué dices eso? 3. Seguridad. La temperatura de autoignición de la batería de fosfato de hierro y litio es de 800 grados Celsius, mientras que la batería de fosfato de hierro y litio ternaria comienza a derretirse a 200 grados Celsius y luego se enciende y explota espontáneamente. Obviamente las baterías de fosfato de hierro y litio son más seguras. No solo eso, el fosfato de hierro no es fácil de explotar cuando se perfora por un impacto, sino que los materiales ternarios tienen más probabilidades de explotar. Por tanto, el fosfato de hierro es más seguro. Entonces, para resumir, ¿qué tipo de batería de litio se debe utilizar? De hecho, no hay ninguna conclusión. Por ejemplo, los autobuses tienen altos requisitos de seguridad y pueden requerir fosfato de hierro. Los autobuses eléctricos nacionales siguen exigiendo que no se permitan materiales ternarios. Pero ¿qué pasa al revés? Los coches necesitan más espacio y entonces podremos mejorar la seguridad. ¿Está bien? ! Los documentos del Ministerio de Industria y Tecnología de la Información subsidian los vehículos de nueva energía, que requieren una densidad de energía de la batería inferior a 105 Wh/kg. No habrá subsidio. El subsidio normal es de 120 a 140, y el subsidio será mayor si supera los 140. Para obtener altos subsidios, los vehículos de nuevas energías también considerarán más baterías de litio ternarias. BYD, que siempre ha utilizado baterías de fosfato de hierro y litio como material principal, también ha lanzado una serie de vehículos con baterías ternarias de litio. Entre los vehículos de nuevas energías aprobados por el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información, los materiales ternarios representan la gran mayoría. Desde esta perspectiva, los materiales ternarios pueden ser la dirección de desarrollo futuro.
Pero ¿cómo garantizar la seguridad de los materiales ternarios? Analicemos cuestiones de seguridad. En primer lugar, ¿por qué las baterías se encienden espontáneamente? Una de las razones por las que las baterías se encienden espontáneamente es la fuga térmica. Porque sabemos que cuanto mayor sea la temperatura, más intensa será la reacción, y cuanto más intensa será la reacción, más energía se liberará, por lo que en este momento la temperatura estará fuera de control y la batería explotará. Hay muchas causas de fuga térmica. Por ejemplo, una temperatura alta puede provocar una temperatura ambiente alta y una mala disipación del calor de la batería, lo que resulta en una temperatura excesiva. Por ejemplo, si tres yuanes superan los 200, se encenderá espontáneamente. Por ejemplo, el impacto de un cuerpo extraño en la acupuntura. Si una aguja u objeto extraño golpea o golpea directamente la membrana, la membrana central se romperá, la membrana se romperá y los electrodos positivo y negativo se conectarán directamente para provocar un cortocircuito. Una vez que se produce un cortocircuito, se liberará una gran cantidad de calor y esta gran cantidad de calor derretirá el material del núcleo. Entonces toda la batería explotó. Se puede ver que la acupuntura también es terrible. También hay sobrecarga y sobredescarga. Generalmente, las baterías tienen protección contra sobrecarga. Si falla la protección contra sobrecarga, los átomos de litio formarán un precipitado con el electrolito en condiciones de carga y descarga particularmente severas. Este precipitado se acumulará gradualmente y también perforará el separador, provocando un cortocircuito y una fuga térmica. También se produce un cortocircuito en el circuito externo, que también puede provocar una fuga térmica debido al sobrecalentamiento.
Con tales peligros naturales, ¿cómo podemos garantizar la seguridad de todas las personas que utilizan baterías de litio? Tomemos como ejemplo a Tesla. Utiliza una batería ternaria de litio. Primero conduces un automóvil Tesla y descubres que el metro está repleto de baterías AA. En realidad, no es una batería AA, sino una batería 18650. ¿Cuántas secciones hay? Casi 8.000 nudos.
Es difícil gestionar tantas baterías porque una no se puede sobrecargar y las demás no se han cargado, por lo que Tesla afirma utilizar el software de gestión de baterías más avanzado del mundo para garantizar que estas baterías se puedan cargar y descargar simultáneamente. En segundo lugar, el aerogel utilizado por algunos fabricantes tiene un alto punto de fusión y una baja conductividad térmica; en tercer lugar, el sensor tiene certificación internacional; en cuarto lugar, es pasivo y debe ser probado estrictamente por el país antes de poder ponerlo en circulación; Asegúrese de que la gente pueda salir antes de que se encienda espontáneamente. Por ejemplo, ¿la batería se encenderá espontáneamente después de una hora de acupuntura?