Bateri litium ion

Prinsip pengoperasian sebarang bateri elektrik adalah pengumpulan tenaga elektrik semasa tindak balas kimia yang berlaku apabila mengalirkan arus elektrik mengalir melalui bateri, dan penjanaan tenaga elektrik apabila arus pelepasan mengalir semasa reaksi kimia terbalik.

Keterbalikan tindak balas kimia dalam bateri membolehkan anda berulang kali menunaikan dan mengecas bateri. Inilah kelebihan bateri berbanding sumber semasa pakai buang, bateri biasa, di mana hanya pelepasan arus mungkin.

Sebagai medium untuk pemindahan caj dari satu elektrod bateri ke yang lain, elektrolit digunakan - penyelesaian khas, kerana reaksi kimia yang dengan bahan pada elektrod, kedua-dua tindak balas kimia langsung dan terbalik dalam bateri adalah mungkin, yang memungkinkan untuk mengecas bateri dan pangkatnya.

Hari ini, salah satu jenis bateri yang paling menjanjikan adalah bateri lithium ion. Dalam bateri ini, aluminium bertindak sebagai elektrod negatif (katod), dan tembaga sebagai elektrod positif (anoda). Elektrod boleh mempunyai bentuk yang berbeza, sebagai peraturan, ia adalah foil dalam bentuk silinder atau pakej bungkus.

Sapukan pada aluminium foil bahan katod, yang paling kerap boleh menjadi salah satu daripada tiga: lithium cobaltate LiCoO2, lithium ferrofosfat LiFePO4, atau spinel mangan lithium LiMn2O4, dan grafit digunakan untuk kerajang tembaga. Litium ferrofosfat LiFePO4 adalah satu-satunya bahan katod yang selamat dari segi bahaya letupan dan keramahan alam sekitar secara amnya.

Elektrolit polimer yang boleh memasukkan garam litium ke dalam komposisi mereka, kerana kepekaan mereka, memungkinkan untuk menghasilkan bateri lithium-ion dengan permukaan dalaman yang besar dan hampir apa-apa bentuk, dan ini secara signifikan meningkatkan kedua-dua pengeluaran dan dimensi keseluruhan.

Dalam proses pengecasan seperti bateri, ion lithium bergerak melalui elektrolit, dan tertanam dalam kisi kristal grafit pada anod, membentuk kompaun grafit lithium LiC6. Semasa pembuangan, proses sebaliknya berlaku - ion lithium bergerak ke katod (pengoksida) dari anod, dan elektron bergerak ke katod dalam litar luaran, sebagai hasil proses memperoleh neutral elektrik.

Voltan nominal bateri lithium-ion adalah 3.6 volt, bagaimanapun, perbezaan potensi semasa pengisian boleh mencapai 4.23 volt. Sehubungan dengan fakta ini, caj itu dikeluarkan pada voltan maksimum yang dibenarkan tidak melebihi 4.2 volt.

Sesetengah sebatian litium boleh dengan mudah menyala jika voltan melebihi, oleh itu, secara tradisional, ia dibina ke dalam bateri lithium-ion pengawal tahap cajyang tidak membenarkan melebihi voltan kritikal. Ciri keselamatan lain adalah injap bersepadu untuk melegakan tekanan yang berlebihan di dalam beg.

Bateri litium-ion telah mengambil tempat yang betul di pasaran peralatan rumah tangga mudah alih. Ini adalah bateri untuk telefon bimbit, kamera, camcorder, tablet, pemain, dll.

Lithium Ferrophosphate LiFePO4 Ia dianggap sebagai bahan katod yang paling menjanjikan kerana keramahan alam sekitarnya. Lithium cobaltate LiCoO2 pula adalah toksik dan berbahaya, dan untuk bateri yang berasaskannya, hanya 50% ion boleh diekstraksi dari struktur kompaun itu, kerana jika anda benar-benar mengeluarkan litium daripadanya, struktur itu akan menjadi tidak stabil, kobalt akan masuk ke dalam keadaan pengoksidaan + 4 akan dapat mengoksidakan oksigen, dan oksigen atom yang dikeluarkan akan mengoksidakan elektrolit, dan letupan berlaku.Bateri dengan peningkatan kapasiti (berdasarkan LiCoO2) sangat meletup.

LiFePO4 Lithium ferrofosfat dicadangkan sebagai bahan katod bateri untuk peranti yang lebih kuat pada tahun 1997 oleh John Goodenough.

Ferrofosfat litium terdapat dalam kerak bumi, dan tidak akan menimbulkan sebarang masalah alam sekitar pada masa akan datang. Oksigen tidak boleh dilepaskan, kerana ia sangat terikat oleh fosforus dengan pembentukan ion fosfat yang stabil. Walau bagaimanapun, untuk kemungkinan menggunakan bahan ini, ia perlu dipecah menjadi zarah kecil, jika tidak, ia akan kekal sebagai penebat kerana kekonduksiannya yang sangat rendah. Zarah dibuat lamellar dengan saiz kecil di sepanjang arah gerakan ion lithium, kemudian dilapisi dengan lapisan karbon nanometer-tebal.

Nanopartikel LiFePO4 seperti ini boleh dikenakan dalam masa 10 minit, dan jika salutan masih diubahsuai, masa pengecasan akan dikurangkan kepada 1-3 minit. Pada masa akan datang, ia adalah bahan yang akan dapat memberikan kuasa kepada kenderaan elektrik selama 10 tahun. Sudah tentu kitaran caj-kitaran teknologi dalam masa 5-10 minit dengan keselamatan yang lengkap.

Dari sudut pandang sains moden, perkembangan dan pembebasannya nanoaccumulator mudah alih Ia tidak perlu menunggu lama, dan perkataan itu hanya untuk perkembangan perkembangan teknologi yang luas. Bagi prospek kenderaan elektrik, kini kita sudah dapat mengandaikan bahawa ia akan menjadi mod pengangkutan utama di bandar-bandar di masa depan.