Baterii cu ioni de litiu

Principiul de funcționare al oricărei baterii electrice este acumularea de energie electrică în timpul unei reacții chimice care are loc atunci când un curent electric de încărcare curge printr-o baterie și generarea de energie electrică când un curent de descărcare curge în timpul unei reacții chimice inverse.

Reversibilitatea reacției chimice din baterie vă permite să descărcați și să încărcați în mod repetat bateria. Acesta este avantajul bateriilor față de sursele de curent de unică folosință, bateriile obișnuite, în care este posibilă doar curentul de descărcare.

Ca mediu pentru transferul de încărcare de la un electrod al bateriei la altul, se folosește un electrolit - o soluție specială, datorită reacției chimice cu materialul de pe electrozi, sunt posibile reacții chimice directe și invers în baterie, ceea ce face posibilă încărcarea bateriei și rangul său.

Astăzi, unul dintre cele mai promițătoare tipuri de baterii este baterie cu litiu. În aceste baterii, aluminiu acționează ca electrod negativ (catod), iar cupru ca electrod pozitiv (anod). Electrozii pot avea o formă diferită, de regulă, este o folie sub formă de cilindru sau un pachet alungit.

Se aplică pe folie de aluminiu material catodic, care cel mai adesea poate fi unul dintre cele trei: cobaltat de litiu LiCoO2, ferofosfat de litiu LiFePO4 sau litiu de mangan spinel LiMn2O4 și grafitul este aplicat pe o folie de cupru. Ferofosfat de litiu LiFePO4 este singurul material catodic în prezent sigur din punct de vedere al pericolului de explozie și al prieteniei cu mediul în general.

Electroliții polimerici care pot încorpora săruri de litiu în compoziția lor, datorită plasticității lor, fac posibilă producerea de baterii cu ioni de litiu cu o suprafață internă mare și aproape orice formă, ceea ce crește semnificativ atât fabricabilitatea producției, cât și dimensiunile generale.

În procesul de încărcare a unei astfel de baterii, ionii de litiu se deplasează prin electrolit și sunt încorporate în rețeaua de cristal de grafit de pe anod, formând compus de grafit de litiu LiC6. În timpul descărcării are loc procesul invers - ionii de litiu se deplasează către catod (oxidant) din anod, iar electronii se deplasează în circuitul extern spre catod, ca urmare procesul obține neutralitate electrică.

Tensiunea nominală a unei baterii litiu-ion este de 3,6 volți, cu toate acestea, diferența de potențial în timpul încărcării poate atinge 4,23 volți. În legătură cu acest fapt, sarcina este produsă la tensiunea maximă admisă de cel mult 4,2 volți.

Unii compuși de litiu se pot aprinde cu ușurință dacă tensiunea este depășită, prin urmare, în mod tradițional, acestea sunt încorporate în baterii cu litiu-ion controlere de nivel de sarcinăcare nu permit depășirea tensiunii critice. O altă caracteristică de siguranță este supapa integrată pentru a elibera excesul de presiune în interiorul sacului.

Bateriile cu ioni de litiu și-au ocupat deja locul pe piața electrocasnicelor portabile. Este vorba despre baterii pentru telefoane mobile, camere foto, camere video, tablete, playere etc.

Ferofosfat de litiu LiFePO4 Este considerat cel mai promițător material catod datorită prieteniei sale cu mediul. Cobaltatul de litiu LiCoO2, la rândul său, este toxic și dăunător pentru mediu, iar pentru bateriile bazate pe acesta, doar 50% din ioni pot fi îndepărtați din structura compusului, deoarece dacă eliminați complet litiu din acesta, structura va deveni instabilă, cobaltul va intra în stare de oxidare + 4 și va putea oxida oxigenul, iar oxigenul atomic eliberat va oxida electrolitul și va avea loc o explozie.Bateriile cu capacitate crescută (bazate pe LiCoO2) sunt extrem de explozive.

Ferofosfat de litiu LiFePO4 a fost propus ca material catod al bateriilor pentru dispozitive mai puternice în 1997 de John Goodenough.

Ferofosfat de litiu este prezent în scoarța terestră și nu va crea probleme de mediu în viitor. Oxigenul nu poate fi eliberat din el, deoarece este legat foarte puternic de fosfor cu formarea unui ion fosfat stabil. Cu toate acestea, pentru posibilitatea utilizării acestui material, acesta a trebuit să fie fragmentat în particule mici, în caz contrar, acesta va rămâne un izolator datorită conductivității sale foarte scăzute. Particulele au fost făcute lamelare cu dimensiuni mici pe direcția de mișcare a ionilor de litiu, apoi acoperite cu un strat de carbon gros de nanometru.

Astfel de nanoparticule LiFePO4 sunt capabile să se încarce în 10 minute, iar dacă acoperirea este încă modificată, timpul de încărcare va fi redus la 1-3 minute. În viitor, acest material va putea oferi energie electrică vehiculelor timp de 10 ani. Ciclul de descărcare a încărcării este deja posibil din punct de vedere tehnologic în 5-10 minute cu siguranță completă.

Din punctul de vedere al științei moderne, dezvoltarea și eliberarea echilibrului nanoacumulator portabil Nu va dura mult timp să așteptați, iar cuvântul este doar pentru larga implementare tehnologică a dezvoltărilor. În ceea ce privește perspectivele vehiculelor electrice, acum putem presupune deja că acestea vor deveni principalul mod de transport în orașele din viitorul apropiat.