Donya baterei - bagean 1

Bebungah Nobel Kimia 2019 dianugerahi kanggo ngembangake desain baterei lithium-ion. Ora kaya sawetara putusan liyane saka Komite Nobel, siji iki ora kaget - malah sebaliknya. Baterei Lithium-ion daya smartphone, laptop, piranti daya portabel lan malah mobil listrik. Telung ilmuwan, John Goodenough, Stanley Whittingham lan Akira Yoshino, pantes nampa diploma, medali emas lan 9 yuta SEK kanggo distribusi. 

Sampeyan bisa maca liyane babagan nyoto kanggo penghargaan ing edisi sadurungé saka siklus kimia kita - lan artikel dhewe rampung karo woro-woro presentation luwih rinci babagan masalah sel lan baterei. Wis wayahe mblenjani janji.

Kaping pisanan, panjelasan ringkes babagan ora akurat jeneng.

link iki mung sirkuit sing ngasilake voltase.

Baterei kasusun saka sel sing disambungake kanthi bener. Tujuane kanggo nambah voltase, kapasitansi (energi sing bisa ditarik saka sistem), utawa loro-lorone.

аккумулятор iku sel utawa baterei sing bisa diisi ulang nalika wis entek. Ora saben chip nduweni sifat kasebut - akeh sing bisa digunakake. Ing wicara saben dina, rong istilah pisanan asring digunakake bebarengan (iki uga bakal kedadeyan ing artikel kasebut), nanging siji kudu ngerti bedane antarane (1).

1. Baterei sing kasusun saka sel.

Baterei durung diciptakake sajrone dekade kepungkur, duwe sejarah sing luwih suwe. Sampeyan bisa uga wis krungu bab pengalaman Galvanie i Volt ing wiwitan abad kaping XNUMX lan kaping XNUMX, sing menehi tandha wiwitan panggunaan arus listrik ing fisika lan kimia. Nanging, sajarah baterei wiwit malah sadurungé. Iku wis suwe banget…

... dangu ing Bagdad

Ing taun 1936 arkeolog Jerman Wilhelm Koenig nemokake prau earthenware ing cedhak Baghdad wiwit abad kaping XNUMX SM. Temokake iki ora katon aneh, amarga peradaban ing Efrat lan Tigris ngrembaka nganti ewonan taun.

Nanging, isi prau kasebut misterius: gulungan tembaga sing karat, rod wesi, lan sisa resin alam. Koenig bingung babagan tujuan artefak kasebut nganti dheweke kelingan ngunjungi Alley of Jewellers ing Baghdad. Desain sing padha digunakake dening pengrajin lokal kanggo nutupi produk tembaga nganggo logam mulia. Gagasan kasebut minangka baterei kuno ora bisa ngyakinake para arkeolog liyane manawa ora ana bukti listrik sing isih ana ing wektu kasebut.

Dadi (iku sing diarani temuan) iki apa nyata utawa dongeng saka 1001 bengi? Ayo eksperimen mutusake.

Sampeyan mbutuhake: piring tembaga, kuku wesi lan cuka (cathetan yen kabeh bahan kasebut dikenal lan kasedhiya ing jaman kuna). Ganti resin kanggo segel prau lan ngganti karo plasticine minangka jampel.

Apa eksperimen ing beaker utawa flask, sanajan nggunakake vas earthenware bakal menehi tes rasa asli. Nggunakake sandpaper, ngresiki lumahing logam saka tondo pengeling eling lan masang kabel kanggo wong-wong mau.

Gulungake piring tembaga dadi gulungan lan lebokake ing wadhah, lan lebokake kuku menyang gulungan. Nggunakake plasticine, ndandani piring lan kuku supaya ora ndemek saben liyane (2). Tuang cuka (kira-kira. 5% solusi) menyang prau lan, nggunakake multimeter, ngukur voltase ing antarane ujung kabel sing disambungake menyang piring tembaga lan kuku wesi. Setel instrumen kanggo ngukur arus DC. Kang saka kutub punika "plus" lan kang "minus" saka sumber voltase?

2. Sketsa salinan modern saka baterei saka Baghdad.

Meter nuduhake 0,5-0,7 V, supaya baterei Baghdad bisa digunakake! Wigati dimangerteni manawa kutub positif sistem kasebut yaiku tembaga, lan kutub negatif yaiku wesi (meter nuduhake nilai voltase positif ing mung siji pilihan kanggo nyambungake kabel menyang terminal). Bisa listrik digawe saka salinan dibangun kanggo karya migunani? Ya, nanging nggawe sawetara model liyane lan sambungake ing seri kanggo nambah voltase. LED mbutuhake udakara 3 volt - yen sampeyan entuk akeh saka baterei, LED bakal sumunar.

Baterei Baghdad wis bola-bali dites amarga kemampuane nguwasani peralatan ukuran cilik. Eksperimen sing padha ditindakake sawetara taun kepungkur dening penulis program kultus MythBusters. Mythbusters (apa sampeyan isih ngelingi Adam lan Jamie?) Uga teka menyang kesimpulan sing struktur bisa ngawula minangka baterei kuna.

Dadi, apa petualangan manungsa karo listrik diwiwiti luwih saka 2 taun kepungkur? Ya lan ora. Ya, amarga malah banjur bisa kanggo desain sumber daya. Ora, amarga penemuan kasebut ora nyebar - ora ana sing butuh lan nganti pirang-pirang abad.

Sambungan? Iku prasaja!

Sak tenane ngresiki lumahing piring logam utawa kabel, aluminium, wesi, etc. Lebokake conto saka rong logam sing beda menyang woh jus (sing bakal nggampangake aliran listrik) supaya ora ndemek. Sambungake Clamps multimeter menyang ends kabel tancep metu saka woh, lan maca voltase antarane wong-wong mau. Ngganti jinis logam sing digunakake (uga woh-wohan) lan terus nyoba (3).

3. Sèl woh (aluminium lan elektroda tembaga).

Ing kabeh kasus, pranala digawe. Nilai voltase sing diukur beda-beda gumantung saka logam lan woh-wohan sing dijupuk kanggo eksperimen. Nggabungke sel woh menyang baterei bakal ngijini sampeyan kanggo nggunakake piranti elektronik cilik daya (ing kasus iki, iku mbutuhake jumlah cilik saka saiki, kang bisa njaluk saka desain).

Sambungake ujung kabel sing nempel metu saka woh-wohan sing ekstrem menyang kabel, lan iki, banjur menyang ujung LED. Sanalika sampeyan wis nyambungake kutub baterei kanggo cocog "terminal" saka diode lan voltase wis ngluwihi batesan tartamtu, diode bakal padhang (dioda saka macem-macem werna duwe voltase dhisikan beda, nanging bab 3 volt kudu cukup. ).

Sumber daya sing padha atraktif yaiku jam tangan elektronik - bisa digunakake ing "baterei buah" nganti suwe (sanajan akeh gumantung saka model jam kasebut).

Sayuran ora kalah karo woh-wohan lan uga ngidini sampeyan nggawe baterei. Minangka? Njupuk sawetara pickles lan jumlah cocok saka tembaga lan aluminium sheets utawa kabel (sampeyan bisa ngganti iki karo paku baja, nanging sampeyan bakal njaluk voltase ngisor saka link siji). Nglumpukake baterei lan yen sampeyan nggunakake daya sirkuit terpadu saka kothak musik, paduan suara timun bakal nyanyi!

Kenapa timun? Konstantin Ildefons Galchinsky nyatakake yen: "Yen timun ora nyanyi lan kapan wae, mesthine ora bisa ndeleng kanthi karsane swarga." Pranyata ahli kimia bisa nindakake samubarang sing ora diimpi dening para pujangga.

baterei Bivouac

Ing kahanan darurat, sampeyan bisa ngrancang baterei dhewe lan nggunakake daya kanggo LED. Bener, cahya bakal surem, nanging luwih apik tinimbang ora ana.

Apa sing bakal sampeyan butuhake? Dioda, mesthi, lan saliyane, cetakan es, kawat tembaga, lan paku baja utawa sekrup (logam kudu diresiki permukaane kanggo nggampangake aliran listrik). Cut kabel menyang bêsik lan mbungkus sirah sekrup utawa kuku karo salah siji mburi pecahan. Nggawe sawetara tata letak baja-tembaga kanthi cara iki (8-10 kudu cukup).

Tuangake lemah sing lembab menyang ceruk ing cetakan (sampeyan bisa nambah banyu uyah, sing bakal nyuda resistensi listrik). Saiki lebokake struktur sampeyan menyang rongga: sekrup utawa paku kudu mlebu ing siji bolongan, lan kabel tembaga menyang liyane. Selehake sing sabanjure supaya ana baja ing rongga sing padha karo tembaga (logam ora bisa kontak karo siji liyane). Kabèh mbentuk seri: baja-tembaga-baja-tembaga, lan sapiturute Atur unsur kasebut supaya rongga pisanan lan pungkasan (mung sing ngemot logam individu) dumunung ing jejere saben liyane.

Punika rawuh klimaks.

Lebokake siji sikil dioda menyang recess pisanan ing baris lan sikil liyane menyang pungkasan. Apa mencorong?

Yen mangkono, sugeng rawuh (4)! Yen ora, goleki kesalahan. Dioda LED, ora kaya bolam lampu konvensional, kudu duwe sambungan polaritas (apa sampeyan ngerti logam sing "plus" lan "minus" baterei?). Cukup kanggo masang sikil ing arah ngelawan menyang lemah. Penyebab kegagalan liyane yaiku voltase sithik (minimal 3 volt), sirkuit mbukak utawa sirkuit cendhak.

4. "baterei bumi" ing operasi.

Ing kasus sing sepisanan, nambah jumlah komponen. Ing kaloro, mriksa sambungan antarane logam (uga segel lemah watara wong). Ing kasus kaping telu, priksa manawa ujung tembaga lan baja ora kena ing lemah lan lemah utawa mortir sing dibasahi ora nyambungake pit sing cedhak.

Eksperimen karo "baterai bumi" menarik lan mbuktekake manawa listrik bisa dipikolehi saka meh ora ana. Malah yen sampeyan ora kudu nggunakake struktur dibangun, sampeyan bisa tansah ngematake vacationers karo skills MacGyver-kaya (mbokmenawa mung elinga teknisi senior) utawa master kaslametané.

Kepiye cara sel?

Logam (elektroda) sing dicelupake ing larutan konduktif (elektrolit) diisi. Jumlah minimal kation dadi solusi, nalika elektron tetep ing logam. Carane akeh ion ing solusi lan jumlah keluwihan elektron ing logam gumantung ing jinis logam, solusi, suhu, lan akeh faktor liyane. Yen rong logam sing beda dicemplungake ing elektrolit, voltase bakal muncul ing antarane amarga jumlah elektron sing beda. Nalika nyambungake elektroda nganggo kabel, elektron saka logam kanthi jumlah akeh (elektroda negatif, yaiku anoda sel) bakal mulai mili menyang logam kanthi jumlah sing luwih cilik (elektroda positif - katoda). Mesthine, sajrone operasi sel, keseimbangan kudu dijaga: kation logam saka anoda dadi solusi, lan elektron sing dikirim menyang katoda bereaksi karo ion ing saubengé. Kabeh sirkuit ditutup dening elektrolit sing nyedhiyakake transportasi ion. Energi elektron sing mili liwat konduktor bisa digunakake kanggo karya sing migunani.