Aye batiri - apakan 1

Ebun Nobel 2019 ni Kemistri ni a fun ni fun idagbasoke apẹrẹ ti awọn batiri lithium-ion. Ko dabi diẹ ninu awọn idajọ miiran ti Igbimọ Nobel, eyi ko ṣe iyalẹnu - o lodi si. Awọn batiri Lithium-ion ṣe agbara awọn fonutologbolori, awọn kọnputa agbeka, awọn irinṣẹ agbara gbigbe ati paapaa awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina. Awọn onimọ-jinlẹ mẹta, John Goodenough, Stanley Whittingham ati Akira Yoshino, ti tọ si gba awọn iwe-ẹkọ giga, awọn ami-ami goolu ati 9 million SEK fun pinpin. 

O le ka diẹ sii nipa idi ti ẹbun naa ni atẹjade iṣaaju ti iwọn kemistri wa - ati pe nkan naa funrararẹ pari pẹlu ikede ti igbejade alaye diẹ sii ti ọran ti awọn sẹẹli ati awọn batiri. O to akoko lati mu ileri rẹ ṣẹ.

Ni akọkọ, alaye kukuru ti awọn aiṣedeede orukọ.

Itọkasi yi jẹ nikan ni Circuit ti o npese foliteji.

Batiri oriširiši ti o tọ ti sopọ ẹyin. Ibi-afẹde ni lati mu foliteji pọ si, agbara (agbara ti o le fa lati inu eto), tabi mejeeji.

batiri o jẹ sẹẹli tabi batiri ti o le gba agbara nigbati o ba ti dinku. Ko gbogbo ërún ni o ni awọn wọnyi-ini - ọpọlọpọ ni o wa isọnu. Nínú ọ̀rọ̀ sísọ ojoojúmọ́, àwọn ọ̀rọ̀ méjì àkọ́kọ́ ni a sábà máa ń lò ní pàṣípààrọ̀ (èyí yóò tún rí bẹ́ẹ̀ nínú àpilẹ̀kọ náà), ṣùgbọ́n a gbọ́dọ̀ mọ ìyàtọ̀ láàárín wọn (1).

1. Awọn batiri ti o wa ninu awọn sẹẹli.

Awọn batiri ko ti ṣe idasilẹ fun awọn ewadun to kọja, wọn ni itan-akọọlẹ gigun pupọ. O le ti gbọ tẹlẹ nipa iriri naa Galvaniego i Volts ni awọn akoko ti awọn XNUMXth ati XNUMXth sehin, eyi ti o samisi awọn ibere ti awọn lilo ti ina lọwọlọwọ ni fisiksi ati kemistri. Sibẹsibẹ, itan ti batiri naa bẹrẹ paapaa tẹlẹ. Iyẹn jẹ igba pipẹ sẹhin…

... igba pipẹ ni Baghdad

Lọ́dún 1936, awalẹ̀pìtàn ará Jámánì kan Wilhelm Koenig ri ohun elo amọ kan nitosi Baghdad ibaṣepọ pada si awọn XNUMXrd orundun BC Awọn ri ko dabi dani, fun wipe ọlaju lori Eufrate ati Tigris flourished fun egbegberun odun.

Bí ó ti wù kí ó rí, ohun tí ó wà nínú ọkọ̀ náà jẹ́ àdììtú: àdìpọ̀ pákó tí a fi bàbà ṣe, ọ̀pá irin, àti àṣẹ́kù resini àdánidá. Koenig daamu lori idi ti ohun-ọṣọ naa titi o fi ranti ibẹwo si Alley of Jewelers ni Baghdad. Iru awọn aṣa ti o jọra ni awọn oniṣọnà agbegbe lo lati bo awọn ọja bàbà pẹlu awọn irin iyebiye. Èrò náà pé batiri ìgbàanì ni kò jẹ́ káwọn awalẹ̀pìtàn mìíràn dá a lójú pé kò sí ẹ̀rí iná mànàmáná tó ṣẹ́ kù lákòókò yẹn.

Nitorinaa (eyi ni ohun ti a pe ni wiwa) jẹ nkan gidi ni eyi tabi itan-akọọlẹ lati 1001 oru? Jẹ ki idanwo naa pinnu.

Iwọ yoo nilo: awo bàbà, àlàfo irin ati kikan (akiyesi pe gbogbo awọn ohun elo wọnyi ni a mọ ati pe o wa ni ibigbogbo ni igba atijọ). Rọpo resini lati di ọkọ oju-omi naa ki o rọpo rẹ pẹlu ṣiṣu bi idabobo.

Ṣe idanwo naa ni beaker tabi ọpọn, botilẹjẹpe lilo ikoko amọ yoo fun idanwo naa ni adun ojulowo. Lilo iyanrin, awọn oju irin ti o mọ lati okuta iranti ki o so awọn okun waya mọ wọn.

Yi awo bàbà sinu yipo ki o si gbe e sinu ọkọ, ki o si fi àlàfo naa sinu yipo. Lilo plasticine, tun awo ati àlàfo naa ṣe ki wọn ma ba fi ọwọ kan ara wọn (2). Tú ọti kikan (ojutu. Ṣeto ohun elo lati wiwọn lọwọlọwọ DC. Eyi ti awọn ọpá ni "plus" ati eyi ti o jẹ "iyokuro" ti awọn foliteji orisun?

2. Sketch ti a igbalode daakọ ti awọn batiri lati Baghdad.

Mita naa fihan 0,5-0,7 V, nitorinaa batiri Baghdad n ṣiṣẹ! Jọwọ ṣe akiyesi pe ọpa rere ti eto jẹ Ejò, ati ọpa odi jẹ irin (mita naa fihan iye foliteji rere ni aṣayan kan nikan fun sisopọ awọn okun si awọn ebute). Ṣe o ṣee ṣe lati gba ina lati ẹda ti a ṣe fun iṣẹ ti o wulo? Bẹẹni, ṣugbọn ṣe awọn awoṣe diẹ sii ki o so wọn pọ ni lẹsẹsẹ lati mu foliteji pọ si. Awọn LED nilo nipa 3 volts - ti o ba ti o ba gba wipe Elo lati batiri rẹ, LED yoo tan imọlẹ.

Batiri Baghdad ti ni idanwo leralera fun agbara rẹ lati ṣe agbara awọn ohun elo kekere. Ayẹwo iru kan ni a ṣe ni ọpọlọpọ ọdun sẹyin nipasẹ awọn onkọwe ti eto egbeokunkun MythBusters. Mythbusters (ṣe o tun ranti Adam ati Jamie?) Tun wa si ipari pe eto le ṣiṣẹ bi batiri atijọ.

Nitorina ṣe ìrìn eniyan pẹlu ina mọnamọna bẹrẹ ni ọdun 2 sẹhin? Bẹẹni ati bẹẹkọ. Bẹẹni, nitori paapaa lẹhinna o ṣee ṣe lati ṣe apẹrẹ awọn ipese agbara. Rara, nitori kiikan ko di ibigbogbo - ko si ẹnikan ti o nilo rẹ lẹhinna ati fun ọpọlọpọ awọn ọgọrun ọdun ti mbọ.

Asopọmọra? O rọrun!

Ni kikun nu awọn ipele ti awọn awo irin tabi awọn onirin, aluminiomu, irin, ati bẹbẹ lọ. Fi awọn ayẹwo ti awọn irin meji ti o yatọ si sinu eso sisanra (eyi ti yoo dẹrọ sisan ina) ki wọn ma ba fi ọwọ kan ara wọn. So multimeter clamps si awọn opin ti awọn onirin duro jade ti awọn eso, ati ki o ka foliteji laarin wọn. Yi awọn iru ti awọn irin ti a lo (bakannaa awọn eso) ki o tẹsiwaju igbiyanju (3).

3. Eso cell (aluminiomu ati Ejò amọna).

Ni gbogbo igba awọn ọna asopọ ti ṣẹda. Awọn iye ti awọn foliteji wiwọn yatọ da lori awọn irin ati awọn eso ti o mu fun idanwo naa. Pipọpọ awọn sẹẹli eso sinu batiri yoo gba ọ laaye lati lo agbara awọn ohun elo itanna kekere (ninu ọran yii, o nilo iye kekere ti lọwọlọwọ, eyiti o le gba lati inu apẹrẹ rẹ).

So awọn opin ti awọn onirin duro jade ti awọn iwọn eso si awọn onirin, ati awọn wọnyi, ni Tan, si awọn opin ti awọn LED. Ni kete ti o ba ti sopọ awọn ọpá batiri si “awọn ebute” ti o baamu ti ẹrọ ẹlẹnu meji ati foliteji ti kọja iloro kan, ẹrọ ẹlẹnu meji yoo tan ina (diodes ti awọn awọ oriṣiriṣi ni foliteji ibẹrẹ ti o yatọ, ṣugbọn nipa 3 volts yẹ ki o to. ).

Orisun agbara ti o wuyi deede jẹ aago itanna - o le ṣiṣẹ lori “batiri eso” fun igba pipẹ (botilẹjẹpe pupọ da lori awoṣe aago).

Awọn ẹfọ ko kere si awọn eso ati tun gba ọ laaye lati kọ batiri kan ninu wọn. Nitori? Ya kan diẹ pickles ati awọn ẹya yẹ iye ti Ejò ati aluminiomu sheets tabi onirin (o le ropo awọn wọnyi pẹlu irin eekanna, ṣugbọn o yoo gba kekere foliteji lati kan nikan ọna asopọ). Ṣe apejọ batiri kan ati nigbati o ba lo lati fi agbara iyipo ti irẹpọ lati apoti orin, akọrin kukumba yoo kọrin!

Kí nìdí cucumbers? Konstantin Ildefons Galchinsky jiyan pe: "Ti kukumba ko ba kọrin ati ni eyikeyi akoko, o ṣee ṣe ko le ri nipasẹ ifẹ ọrun." O wa ni jade wipe a chemist le ṣe ohun ti ani awọn ewi ti ko ala ti.

Batiri Bivouac

Ni pajawiri, o le ṣe apẹrẹ batiri funrararẹ ki o lo lati fi agbara LED. Lóòótọ́, ìmọ́lẹ̀ náà yóò jó rẹ̀yìn, ṣùgbọ́n ó sàn ju kò sí.

Kini iwọ yoo nilo? A diode, dajudaju, ati ni afikun, ohun yinyin cube m, Ejò waya, ati irin eekanna tabi skru (awọn irin yẹ ki o ti mọtoto roboto lati dẹrọ awọn sisan ti ina). Ge okun waya si awọn ege ki o fi ipari si ori ti dabaru tabi àlàfo pẹlu opin kan ti ajẹkù. Ṣe ọpọlọpọ awọn ipalemo irin-ejò ni ọna yii (8-10 yẹ ki o to).

Tú ile tutu sinu awọn ifasilẹ ninu apẹrẹ (o tun le wọn pẹlu omi iyọ, eyiti yoo dinku resistance itanna). Bayi fi eto rẹ sinu iho: dabaru tabi àlàfo yẹ ki o lọ sinu iho kan, ati okun waya Ejò sinu ekeji. Gbe awọn ti o tẹle ki irin wa ninu iho kanna pẹlu bàbà (awọn irin ko le wa si ara wọn). Gbogbo awọn fọọmu kan lẹsẹsẹ: irin-Ejò-irin-Ejò, ati be be lo. Ṣeto awọn eroja ni iru kan ona ti akọkọ ati ki o kẹhin cavities (awọn nikan ti o ni awọn irin kọọkan) dubulẹ tókàn si kọọkan miiran.

Nibi ba wa gongo.

Fi ẹsẹ kan ti diode sinu isinmi akọkọ ni ila ati ẹsẹ keji sinu ti o kẹhin. Ṣe o nmọlẹ bi?

Ti o ba jẹ bẹẹ, ku oriire (4)! Ti kii ba ṣe bẹ, wa awọn aṣiṣe. Diode LED, ko dabi gilobu ina mora, gbọdọ ni asopọ polarity (ṣe o mọ iru irin ti o jẹ “plus” ati ewo ni “iyokuro” ti batiri naa?). O to lati fi awọn ẹsẹ sii ni ọna ti o lodi si ilẹ. Awọn idi miiran ti ikuna jẹ foliteji kekere pupọ (o kere ju 3 volts), Circuit ṣiṣi tabi Circuit kukuru ninu rẹ.

4. "Batiri Earth" ni isẹ.

Ni akọkọ nla, mu awọn nọmba ti irinše. Ni awọn keji, ṣayẹwo awọn asopọ laarin awọn irin (tun edidi ilẹ ni ayika wọn). Ni ọran kẹta, rii daju pe awọn opin bàbà ati irin ko fi ọwọ kan ara wọn labẹ ilẹ ati pe ile tabi amọ-lile ti o fi omi tutu ko sopọ awọn koto ti o wa nitosi.

Idanwo pẹlu “batiri ilẹ” jẹ ohun ti o nifẹ ati fihan pe a le gba ina lati fere ohunkohun. Paapa ti o ko ba ni lati lo eto ti a ṣe, o le ṣe iwunilori awọn isinmi nigbagbogbo pẹlu awọn ọgbọn bii MacGyver rẹ (boya ṣe iranti nikan nipasẹ awọn onimọ-ẹrọ giga) tabi oluwa ti iwalaaye.

Bawo ni awọn sẹẹli ṣiṣẹ?

Irin kan (elekitirodu) ti a fibọ sinu ojutu imudani (electrolyte) ti gba agbara lati ọdọ rẹ. Iwọn to kere julọ ti awọn cations lọ sinu ojutu, lakoko ti awọn elekitironi wa ninu irin. Awọn ions melo ni o wa ni ojutu ati iye awọn elekitironi ti o pọju ti o wa ninu irin da lori iru irin, ojutu, iwọn otutu, ati ọpọlọpọ awọn ifosiwewe miiran. Ti o ba ti meji ti o yatọ awọn irin ti wa ni immersed ni ohun electrolyte, a foliteji yoo dide laarin wọn nitori awọn ti o yatọ nọmba ti elekitironi. Nigbati o ba so awọn amọna pọ pẹlu okun waya, awọn elekitironi lati irin kan pẹlu nọmba nla ninu wọn (elekiturodu odi, ie anode sẹẹli) yoo bẹrẹ lati ṣàn sinu irin pẹlu nọmba ti o kere ju (elekiturodu rere - cathode). Nitoribẹẹ, lakoko iṣẹ ti sẹẹli, iwọntunwọnsi gbọdọ wa ni itọju: awọn cations irin lati anode lọ sinu ojutu, ati awọn elekitironi ti a firanṣẹ si cathode fesi pẹlu awọn ions agbegbe. Gbogbo Circuit ti wa ni pipade nipasẹ ohun elekitiroti ti o pese ion irinna. Agbara ti awọn elekitironi ti nṣan nipasẹ oludari le ṣee lo fun iṣẹ ti o wulo.