סוללות, החל מ-AA חד פעמי ועד לסוגי ליתיום-יון נטענים, חיוניות בהמרת אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית, כאשר גרסאות ליתיום-יון מניעות מכשירים מודרניים באמצעות זרימת אלקטרונים מחזורית. המעבדה הלאומית של Argonne ממלאת תפקיד מרכזי בקידום טכנולוגיית הסוללות, ממחקר בסיסי ועד לחידושי מיחזור.
מה זה סוללה?
סוללות מפעילות את חיינו על ידי הפיכת אנרגיה מסוג אחד לאחר.
בין אם מדובר בסוללה חד פעמית מסורתית (למשל, AA) או סוללת ליתיום-יון נטענת (בשימוש בטלפונים סלולריים, מחשבים ניידים ומכוניות), סוללה אוגרת אנרגיה כימית ומשחררת אנרגיה חשמלית.
ישנם ארבעה חלקי מפתח בסוללה – הקתודה (הצד החיובי של הסוללה), האנודה (הצד השלילי של הסוללה), מפריד המונע מגע בין הקתודה לאנודה, ותמיסה כימית המכונה אלקטרוליט המאפשרת זרימת המטען החשמלי בין הקתודה לאנודה.
במדע 101 זה: כיצד פועלת סוללה? בסרטון, המדען ליי צ'נג מסביר כיצד האלקטרוכימיה בתוך הסוללות מניע את חיי היומיום שלנו. בין אם מדובר בסוללה חד פעמית מסורתית (למשל, AA) או סוללת ליתיום-יון נטענת (בשימוש בטלפונים סלולריים, מחשבים ניידים ומכוניות), סוללה אוגרת אנרגיה כימית ומשחררת אנרגיה חשמלית. צ'נג מזכירה את תחומי המחקר שלה המתמקדים בסוללות לרכבים חשמליים ולרשת החשמל. עבור האחרונים, המטרה היא להשתמש בסוללות גדולות ולא יקרות לאחסון אנרגיה מתחדשת (אנרגיה שמגיעה ממקורות טבעיים כמו שמש ורוח) לשימוש ברשת החשמל כשהשמש לא זורחת או שהרוח לא נושבת .
סוללות ליתיום-יון המניעות טלפונים סלולריים, למשל, מורכבות בדרך כלל מקתודה העשויה מתחמוצות קובלט, מנגן וניקל ואנודה עשויה גרפיט, אותו חומר שנמצא בעפרונות רבים. הקתודה והאנודה מאחסנים את הליתיום.
כאשר סוללת ליתיום-יון מופעלת, חלקיקים טעונים חיובית של ליתיום (יונים) עוברים דרך האלקטרוליט מהאנודה לקתודה. מתרחשות תגובות כימיות היוצרות אלקטרונים וממירות אנרגיה כימית מאוחסנת בסוללה לזרם חשמלי.
כאשר אתה מחבר את הטלפון הסלולרי שלך כדי לטעון את סוללת הליתיום-יון, התגובות הכימיות עוברות הפוך: יוני הליתיום נעים בחזרה מהקתודה לאנודה.
כל עוד יוני ליתיום עוברים הלוך ושוב בין האנודה והקתודה, יש זרימה קבועה של אלקטרונים. זה מספק את האנרגיה כדי לשמור על המכשירים שלך פועלים. מכיוון שניתן לחזור על מחזור זה מאות פעמים, סוללה מסוג זה ניתנת לטעינה.
סוללות והמעבדה הלאומית Argonne של משרד האנרגיה האמריקאי (DOE).
Argonne מוכרת כמובילה עולמית במדע ובטכנולוגיה של סוללות. במהלך שישים השנים האחרונות, התגליות המרכזיות של המעבדה חיזקו את תעשיית ייצור הסוללות בארה"ב, סייעו למעבר של צי הרכב האמריקאי לכיוון כלי רכב היברידיים וחשמליים נטענים, ואיפשרו שימוש רב יותר באנרגיה מתחדשת, כמו רוח ואנרגיה סולארית.
המחקר של המעבדה מקיף כל היבט של פיתוח סוללות, החל ממדע היסוד פורץ הדרך של המרכז המשותף לחקר אחסון אנרגיה בהובלת ארגון, מרכז חדשנות אנרגטי של DOE, ועד למרכז השיתופי של ארגון למדעי אחסון אנרגיה, קולקטיב חוצה מעבדות של מדענים ומהנדסים שפותרים בעיות סוללה מורכבות באמצעות מחקר רב תחומי.
חוקרי ארגון חוקרים גם כיצד להאיץ את המיחזור של סוללות ליתיום-יון באמצעות מרכז ReCell של ה-DOE, שיתוף פעולה בראשות Argonne הכולל את המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת, המעבדה הלאומית Oak Ridge, כמו גם המכון הפוליטכני של ווסטר, אוניברסיטת קליפורניה. האוניברסיטה הטכנולוגית של סן דייגו ומישיגן.
כיצד פועלת סוללת ליתיום-יון?
סוללות המבוססות על ליתיום מניעות את חיי היומיום שלנו, החל ממוצרי אלקטרוניקה ועד להגנה לאומית.
סוללת ליתיום-יון היא סוג של סוללה נטענת. יש לו ארבעה חלקים מרכזיים:
- ה קָטוֹדָה (הצד החיובי), בדרך כלל שילוב של תחמוצות ניקל, מנגן וקובלט
- ה אָנוֹדָה (הצד השלילי), עשוי בדרך כלל מגרפיט, אותו חומר שנמצא בעפרונות רבים
- א מפריד שמונע מגע בין האנודה לקתודה
- תמיסה כימית המכונה an אלקטרוליט המעביר יוני ליתיום בין הקתודה לאנודה. האנודה והקתודה מאחסנים ליתיום.
כאשר הסוללה בשימוש, חלקיקים טעונים חיובית של ליתיום (יונים) עוברים דרך האלקטרוליט מהאנודה לקתודה. מתרחשות תגובות כימיות היוצרות אלקטרונים וממירות אנרגיה כימית מאוחסנת בסוללה לזרם חשמלי.
כאשר הסוללה נטענת, התגובות הכימיות עוברות הפוך: יוני הליתיום נעים בחזרה מהקתודה לאנודה.
קרדיט: Argonne National Laboratory
כיצד פועלת סוללת ליתיום-יון?
סוללות המבוססות על ליתיום מניעות את חיי היומיום שלנו, החל ממוצרי אלקטרוניקה ועד להגנה לאומית.
סוללת ליתיום-יון היא סוג של סוללה נטענת. יש לו ארבעה חלקים מרכזיים:
- ה קָטוֹדָה (הצד החיובי), בדרך כלל שילוב של תחמוצות ניקל, מנגן וקובלט
- כיצד פועלת סוללת ליתיום-יון? (הצד השלילי), עשוי בדרך כלל מגרפיט, אותו חומר שנמצא בעפרונות רבים
- כיצד פועלת סוללת ליתיום-יון? שמונע מגע בין האנודה לקתודה
- פתרון כימי המכונה כיצד פועלת סוללת ליתיום-יון? המעביר יוני ליתיום בין הקתודה לאנודה. האנודה והקתודה מאחסנים ליתיום.
כאשר הסוללה בשימוש, חלקיקים טעונים חיובית של ליתיום (יונים) עוברים דרך האלקטרוליט מהאנודה לקתודה. מתרחשות תגובות כימיות היוצרות אלקטרונים וממירות אנרגיה כימית מאוחסנת בסוללה לזרם חשמלי.
כאשר הסוללה נטענת, התגובות הכימיות עוברות הפוך: יוני הליתיום נעים בחזרה מהקתודה לאנודה.
