Dunya batré - bagian 1

Hadiah Nobel Kimia 2019 dileler pikeun ngembangkeun desain batré litium-ion. Beda sareng sababaraha putusan Panitia Nobel anu sanés, ieu henteu kaget - sabalikna. Batré litium-ion ngadayakeun smartphone, laptop, alat-alat listrik portabel komo mobil listrik. Tilu élmuwan, John Goodenough, Stanley Whittingham jeung Akira Yoshino, deservedly narima diplomas, medali emas jeung 9 juta SEK pikeun sebaran. 

Anjeun tiasa maca langkung seueur ngeunaan alesan pikeun pangajén dina édisi saméméhna ngeunaan siklus kimia kami - sareng tulisanna nyalira ditungtungan ku pengumuman presentasi anu langkung rinci ngeunaan masalah sél sareng batré. Geus waktuna nedunan jangji.

Kahiji, katerangan ringkes ngeunaan kasalahan ngaran.

link Ieu hiji-hijina sirkuit nu ngahasilkeun tegangan.

batre diwangun ku sél disambungkeun bener. Tujuanana nyaéta pikeun ningkatkeun tegangan, kapasitansi (énergi anu tiasa ditarik tina sistem), atanapi duanana.

аккумулятор éta sél atawa batré anu bisa recharged lamun eta geus depleted. Henteu unggal chip gaduh sipat ieu - seueur anu tiasa dianggo. Dina biantara sapopoe, dua istilah kahiji mindeng dipaké silih tukeur (ieu ogé bakal kasus dina artikel), tapi urang kudu sadar bédana antara aranjeunna (1).

1. Batré diwangun ku sél.

Batré henteu acan diciptakeun salami sababaraha dekade, aranjeunna gaduh sajarah anu langkung lami. Anjeun meureun geus uninga ngeunaan pangalaman Galvaniego i Volt dina péngkolan abad ka-XNUMX sareng kaXNUMX, anu nandaan awal panggunaan arus listrik dina fisika sareng kimia. Sanajan kitu, sajarah batré mimiti malah saméméhna. Éta parantos lami…

... lila di Bagdad

Dina 1936 arkéolog Jerman Wilhelm Koenig kapanggih hiji wadah earthenware deukeut Baghdad dating deui ka abad SM XNUMX. Papanggihan teu sigana mahiwal, nunjukkeun yen peradaban di Euphrates jeung Tigris flourished salila rébuan taun.

Sanajan kitu, eusi bejana éta misterius: gulungan rusted tina lambar tambaga, hiji rod beusi, sarta sésa résin alam. Koenig bingung kana tujuan artefak éta dugi ka anjeunna émut nganjang ka Gang Jewelers di Baghdad. Desain sarupa dipaké ku pengrajin lokal pikeun nutupan produk tambaga jeung logam mulia. Gagasan yén éta batré kuno henteu ngayakinkeun arkeolog sanés yén henteu aya bukti listrik anu salamet dina waktos éta.

Janten (éta anu disebut mendakan) naha ieu mangrupikeun hal nyata atanapi dongeng ti 1001 wengi? Hayu percobaan mutuskeun.

Anjeun peryogi: plat tambaga, kuku beusi jeung cuka (perhatikeun yén sakabéh bahan ieu dipikawanoh tur lega sadia di jaman baheula). Ganti résin pikeun ngégél wadahna sareng ganti ku plastisin salaku insulasi.

Ngalakukeun percobaan dina beaker atawa flask, sanajan ngagunakeun vas earthenware bakal masihan tés hiji rasa otentik. Ngagunakeun sandpaper, ngabersihan surfaces logam tina piagam jeung ngagantelkeun kawat ka aranjeunna.

Gulung piring tambaga kana roll sarta nempatkeun eta dina bejana, sarta selapkeun paku kana roll teh. Ngagunakeun plasticine, ngalereskeun piring jeung paku ambéh maranéhanana henteu noél silih (2). Tuang cuka (approx. 5% solusi) kana bejana jeung, maké multimeter a, ngukur tegangan antara tungtung kawat disambungkeun ka plat tambaga jeung paku beusi. Setel alat pikeun ngukur arus DC. Mana ti kutub "tambah" jeung nu "minus" tina sumber tegangan?

2. Sketsa salinan modern batré ti Bagdad.

Méter nunjukkeun 0,5-0,7 V, janten batré Baghdad tiasa dianggo! Punten dicatet yén kutub positip sistem nyaéta tambaga, sareng kutub négatip nyaéta beusi (méter nunjukkeun nilai tegangan positif dina ngan ukur hiji pilihan pikeun nyambungkeun kabel ka terminal). Naha mungkin kéngingkeun listrik tina salinan anu diwangun pikeun padamelan anu mangpaat? Sumuhun, tapi nyieun sababaraha model deui tur sambungkeun aranjeunna dina runtuyan pikeun ngaronjatkeun tegangan. LED peryogi sakitar 3 volt - upami anjeun kéngingkeun seueur tina batré anjeun, LED bakal hurung.

Batré Baghdad sababaraha kali diuji pikeun kamampuanna pikeun ngawasa alat-alat ukuran leutik. Percobaan anu sami dilaksanakeun sababaraha taun ka pengker ku panulis program kultus MythBusters. Mythbusters (anjeun masih émut Adam sareng Jamie?) ogé dugi ka kacindekan yén strukturna tiasa janten batré kuno.

Janten naha petualangan umat manusa sareng listrik dimimitian langkung ti 2 taun ka pengker? Enya jeung henteu. Leres, sabab sanaos éta mungkin ngarancang catu daya. Henteu, sabab penemuan éta henteu janten nyebar - teu aya anu peryogi éta teras sareng salami sababaraha abad ka hareup.

Sambungan? Ieu basajan!

Tuntas ngabersihan surfaces tina pelat logam atawa kawat, aluminium, beusi, jsb. Selapkeun sampel dua logam béda kana buah juicy (anu bakal ngagampangkeun aliran listrik) ambéh maranéhanana henteu noél silih. Sambungkeun clamps multimeter ka tungtung kawat nempel kaluar tina buah, sarta baca tegangan antara aranjeunna. Ngarobah jenis logam dipaké (ogé bungbuahan) sarta tetep nyobian (3).

3. Sél buah (aluminium jeung éléktroda tambaga).

Dina sakabeh kasus Tumbu dijieun. Nilai tegangan anu diukur béda-béda gumantung kana logam sareng buah anu dicandak pikeun percobaan. Ngagabungkeun sél buah kana batré a bakal ngidinan Anjeun pikeun make eta kakuatan parabot éléktronik leutik (dina hal ieu, merlukeun jumlah leutik arus, nu bisa meunang ti desain anjeun).

Sambungkeun tungtung kawat nempel kaluar tina buah ekstrim kana kawat, sarta ieu, kahareupna kana tungtung LED. Pas anjeun nyambungkeun kutub batré ka pakait "terminal" dioda jeung tegangan geus ngaleuwihan bangbarung nu tangtu, dioda bakal caang (dioda tina kelir béda boga tegangan awal béda, tapi ngeunaan 3 volt kudu cukup. ).

Sumber kakuatan anu sami pikaresepeun nyaéta arloji éléktronik - éta tiasa beroperasi dina "batré buah" kanggo waktos anu lami (sanaos seueur gumantung kana modél jam tangan).

Sayuran henteu langkung handap tina buah sareng ogé ngamungkinkeun anjeun ngawangun batréna. Salaku? Candak sababaraha acar sarta jumlah luyu tambaga jeung aluminium cadar atawa kawat (anjeun bisa ngaganti ieu ku paku baja, tapi anjeun bakal meunang tegangan handap ti link tunggal). Nyusun batré sareng nalika anjeun nganggo éta pikeun nguatkeun sirkuit terpadu tina kotak musik, paduan suara bonténg bakal nyanyi!

Naha bonténg? Konstantin Ildefons Galchinsky pamadegan yén: "Lamun bonténg teu nyanyi jeung iraha wae, anjeunna meureun moal bisa ningali ku wasiat sawarga." Tétéla yén kimiawan tiasa ngalakukeun hal anu malah pujangga teu ngimpi.

batré Bivakov

Dina kaayaan darurat, anjeun tiasa ngarancang batré sorangan sareng dianggo pikeun ngadayakeun LED. Leres, cahayana bakal taram, tapi langkung saé tibatan henteu.

Naon anu anjeun peryogikeun? Dioda, tangtosna, sareng sajaba, kapang és kubus, kawat tambaga, sareng paku baja atanapi sekrup (logam kedah dibersihkeun permukaanna pikeun ngagampangkeun aliran listrik). Potong kawat kana lembar sareng bungkus sirah screw atanapi paku sareng hiji tungtung sempalan. Jieun sababaraha perenah baja-tambaga ku cara ieu (8-10 kedah cekap).

Tuang taneuh beueus kana recesses dina kapang (anjeun ogé tiasa tuang cai uyah, nu bakal ngurangan résistansi listrik). Ayeuna selapkeun struktur anjeun kana rongga: screw atanapi paku kedah lebet kana hiji liang, sarta kawat tambaga kana lianna. Tempat anu salajengna supados aya baja dina rohangan anu sami sareng tambaga (logam henteu tiasa ngahubungi silih). Sakabehna ngabentuk runtuyan: baja-tambaga-baja-tambaga, jsb Susun elemen dina cara sapertos nu cavities kahiji jeung panungtung (hiji-hijina nu ngandung logam individu) perenahna gigireun unggal lianna.

Di dieu asalna klimaks.

Selapkeun hiji suku dioda kana reses kahiji di baris jeung leg séjén kana panungtungan. Éta bersinar?

Lamun kitu, ucapan salamet (4)! Lamun henteu, néangan kasalahan. Dioda LED, teu sapertos bohlam lampu konvensional, kedah gaduh sambungan polaritasna (anjeun terang mana logam anu "tambah" sareng anu "minus" batré?). Ieu cukup pikeun nyelapkeun suku dina arah sabalikna ka taneuh. Anu jadi sabab gagalna nyaéta tegangan rendah teuing (minimal 3 volt), sirkuit kabuka atanapi sirkuit pondok di jerona.

4. "Aki Bumi" dina operasi.

Dina kasus nu pertama, nambahan jumlah komponén. Dina kadua, pariksa sambungan antara logam (ogé ngégél taneuh sabudeureun éta). Dina kasus katilu, pastikeun yén tungtung tambaga jeung waja teu saling noel jero taneuh jeung taneuh atawa mortir jeung nu wetted teu nyambung liang padeukeut.

Ékspérimén sareng "batré bumi" pikaresepeun sareng ngabuktikeun yén listrik tiasa didapet tina ampir nanaon. Malah lamun teu kudu make struktur diwangun, Anjeun salawasna bisa ngingetkeun vacationers kalawan kaahlian MacGyver-kawas Anjeun (sigana ngan inget ku teknisi senior) atanapi master of survival.

Kumaha sél gawéna?

A logam (éléktroda) immersed dina leyuran conductive (éléktrolit) boga muatan ti dinya. Jumlah minimum kation asup kana solusi, sedengkeun éléktron tetep dina logam. Sabaraha ion dina leyuran jeung sabaraha kaleuwihan éléktron dina logam gumantung kana jenis logam, solusi, suhu, sarta loba faktor séjén. Lamun dua logam béda anu immersed dina éléktrolit, tegangan bakal timbul diantara aranjeunna alatan jumlah éléktron béda. Nalika nyambungkeun éléktroda sareng kawat, éléktron tina logam anu jumlahna ageung (éléktroda négatip, nyaéta anoda sél) bakal mimiti ngalir kana logam anu jumlahna langkung alit (éléktroda positif - katoda). Tangtu, salila operasi sél kudu dijaga kasaimbangan: kation logam ti anoda asup kana solusi, sarta éléktron dikirimkeun ka katoda meta jeung ion sabudeureun. Sakabéh sirkuit ditutupan ku éléktrolit anu nyayogikeun transportasi ion. Énergi éléktron anu ngalir ngaliwatan konduktor bisa dipaké pikeun gawé mangpaat.