Bhuaigh triúr taighdeoirí a d’fhorbair teicneolaíocht i gcroílár ré na bhfón cliste - agus an claochlú sochaíoch a tháinig uirthi - Duais Nobel 2019 sa Cheimic. Rinne obair John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham agus Akira Yoshino dul chun cinn ríthábhachtach i gcadhnraí litiam-ian, a stórálann méideanna móra cumhachta i gcealla beaga ceallraí agus atá furasta agus tapa a athluchtú.
Dhíol Sony an chéad uair ar bhonn tráchtála i 1991 as a chuid camcorders, tá na cineálacha cadhnraí seo go maith i bhfad níos mó ná leictreonaic tomhaltóra iniompartha. Tá siad i lár dhá réabhlóid theicneolaíocha eile a bhfuil an chumhacht acu an tsochaí a athrú: an t-aistriú ó innill dócháin inmheánaigh go feithiclí leictreacha, agus an t-aistriú ó eangach leictreach atá á gcumhachtú ag breoslaí iontaise go gineadóirí fuinnimh in-athnuaite a stórálann leictreachas barrachais i gcadhnraí do úsáid sa todhchaí.
Mar sin, conas a oibríonn na cadhnraí seo? Chaith eolaithe agus innealtóirí gairmeacha iomlána ag iarraidh cadhnraí níos fearr a thógáil agus tá rúndiamhair ann fós nach dtuigeann muid go hiomlán. Éilíonn cadhnraí a fheabhsú go gcaithfidh poitigéirí agus fisiceoirí breathnú ar athruithe ar an leibhéal adamhach, chomh maith le hinnealtóirí meicniúla agus leictreacha ar féidir leo na pacáistí ceallraí a dhéanann feistí cumhachta a dhearadh agus a chur le chéile. Mar eolaí ábhair in Saotharlann Náisiúnta Ollscoil Washington agus an Aigéin Chiúin Thiar Thuaidh, chuidigh mo chuid oibre le hábhair nua a iniúchadh do chadhnraí litiam-aeir, cadhnraí maignéisiam agus ar ndóigh cadhnraí litiam-ian.
Déanaimis machnamh ar lá i saol dhá leictreon. Ainmneoimid duine acu Alex agus tá cara aige darb ainm George.
Anatamaíocht ceallraí
Tá cónaí ar Alex taobh istigh de cheallraí AA alcaileach caighdeánach, cosúil le do splancsholas nó cianrialtán. Taobh istigh de cheallraí AA, tá urrann líonta le sinc agus ceann eile líonta le ocsaíd mangainéise. Ag foirceann amháin, an sinc amháincrochadh go lag ar leictreoincosúil le Alex. Ar an taobh eile, an ocsaíd mangainéisetarraingíonn go cumhachtachleictreoin i dtreo é féin. Idir an dá linn, ag stopadh na leictreon ó dhul díreach ó thaobh amháin go taobh eile, tá píosa páipéir sáithithe i dtuaslagán potaisiam agus uisce, a chónaíonn mar iain photaisiam dearfacha agus iain hiodrocsaíde diúltacha.
Nuair a chuirtear an ceallraí i bhfeiste agus nuair a dhéantar í a chasadh air, cuirtear ciorcad inmheánach an ghléis i gcrích. Tarraingítear Alex as an sinc, tríd an gciorcad agus isteach san ocsaíd mangainéise. Ar an mbealach, cumhachtaíonn a ghluaiseacht an fheiste, nó an bolgán solais nó cibé rud atá ceangailte leis an gceallraí. Nuair a fhágann Alex, ní féidir leis teacht ar ais: Déanann an sinc a chaill leictreon bannaí leis an hiodrocsaíd chun ocsaíd since a fhoirmiú. Tá an comhdhúil seo thar a bheith seasmhach agus ní féidir é a thiontú ar ais go sinc go héasca.
Ar an taobh eile den cheallraí, gnóthaíonn an ocsaíd mangainéise adamh ocsaigine ón uisce agus fágann sé iain hiodrocsaíde taobh thiar chun an hiodrocsaíd a ídíonn an sinc a chothromú. Nuair a fhágfaidh comharsana uile Alex an sinc agus bhog siad go dtí an ocsaíd mangainéise, antá ceallraí íditheagus is gá é a athchúrsáil.
Buntáistí litiam-ian
Déanaimis é seo a chur i gcomparáid le George, atá ina chónaí i gceallraí litiam-ian. Tá na bunchlocha tógála céanna ag cadhnraí litiam-ian le cealla AA alcaileach, agus tá roinnt difríochtaí ann a thugann buntáistí móra.
Tá George ina chónaí i ngraifít, atá níos laige fós ná sinc ag coinneáil leictreoin. Agus is é an chuid eile dá cheallraí ocsaíd cóbalt litiam, a tharraingíonn leictreoin i bhfad níos cumhachtaí ná ocsaíd mangainéise - rud a thugann an cumas dá cheallraí i bhfad níos mó fuinnimh a stóráil sa mhéid céanna spáis ná ceallraí alcaileach. Tá ian litiam luchtaithe go dearfach sa tuaslagán a scarann an graifít agus ocsaíd cóbalt litiam, a fhoirmíonn agus a bhriseann bannaí ceimiceacha go héasca de réir mar a dhéantar an ceallraí a urscaoileadh agus a athmhuirearú.
