Litiumjonbatterier

Funktionsprincipen för alla elektriska batterier är ackumulering av elektrisk energi under en kemisk reaktion som inträffar när en laddande elektrisk ström flyter genom ett batteri, och generering av elektrisk energi när en urladdningsström flyter under en omvänd kemisk reaktion.

Omvändbarheten hos den kemiska reaktionen i batteriet gör att du upprepade gånger kan ladda ur och ladda batteriet. Detta är fördelen med batterier jämfört med engångsströmkällor, vanliga batterier, där endast urladdningsström är möjlig.

Som medium för laddningsöverföring från en batterielektrod till en annan används en elektrolyt - en speciell lösning på grund av den kemiska reaktionen med materialet på elektroderna är både direkta och omvända kemiska reaktioner i batteriet möjliga, vilket gör det möjligt att ladda batteriet och hans rang.

Idag är en av de mest lovande batterierna litiumjonbatteri. I dessa batterier fungerar aluminium som en negativ elektrod (katod) och koppar som en positiv elektrod (anod). Elektroderna kan ha en annan form, vanligtvis en folie i form av en cylinder eller en avlång förpackning.

Applicera på aluminiumfolie katodmaterial, som oftast kan vara en av tre: litiumkoboltat LiCoO2, litiumferrofosfat LiFePO4 eller litiummanganspinel LiMn2O4, och grafit appliceras på en kopparfolie. Litiumferrofosfat LiFePO4 är det enda, för närvarande säkra katodmaterialet när det gäller explosionsrisk och miljövänlighet i allmänhet.

Polymerelektrolyter som kan införliva litiumsalter i deras sammansättning på grund av deras plasticitet gör det möjligt att producera litiumjonbatterier med en stor inre yta och nästan vilken form som helst, och detta ökar avsevärt både tillverkningens tillverkning och totala dimensioner.

I processen med att ladda ett sådant batteri rör sig litiumjoner genom elektrolyten och inbäddas i kristallgitteret av grafit på anoden och bildar litiumgrafitförening LiC6. Under urladdningen inträffar den omvända processen - litiumjoner flyttar sig till katoden (oxidationsmedel) från anoden, och elektroner rör sig i den externa kretsen till katoden, som ett resultat får processen elektrisk neutralitet.

Det nominella spänningen för ett litiumjonbatteri är 3,6 volt, men potentialskillnaden under laddning kan uppgå till 4,23 volt. I samband med detta faktum produceras laddningen vid den högsta tillåtna spänningen på högst 4,2 volt.

Vissa litiumföreningar kan lätt antändas om spänningen överskrids, därför är de traditionellt inbyggda i litiumjonbatterier laddningsnivåreglagesom inte tillåter överskridande av den kritiska spänningen. En annan säkerhetsfunktion är den integrerade ventilen för att avlasta övertrycket inuti påsen.

Litiumjonbatterier har redan tagit sin rättmätiga plats på marknaden för bärbara hushållsapparater. Det här är batterier för mobiltelefoner, kameror, videokameror, surfplattor, spelare etc.

Litiumferrofosfat LiFePO4 Det anses vara det mest lovande katodmaterialet på grund av dess miljövänlighet. Litiumkoboltat LiCoO2 är i sin tur giftigt och miljöskadligt, och för batterier baserade på det kan bara 50% av jonerna tas bort från föreningens struktur, eftersom om du helt tar bort litium från det kommer strukturen att bli instabil, kobolt kommer att gå i oxidationstillstånd + 4 och kommer att kunna oxidera syre, och det frigivna atomsyret oxiderar elektrolyten, och en explosion kommer att inträffa.Batterier med ökad kapacitet (baserat på LiCoO2) är extremt explosiva.

Litiumferrofosfat LiFePO4 föreslogs som katodmaterial i batterier för kraftigare enheter 1997 av John Goodenough.

Litiumferrofosfat finns i jordskorpan och kommer inte att skapa några miljöproblem i framtiden. Syre kan inte frigöras från det, eftersom det hela är mycket starkt bundet av fosfor med bildandet av en stabil fosfatjon. Men för möjligheten att använda detta material måste det fragmenteras i små partiklar, annars skulle det förbli en isolator på grund av dess mycket låga konduktivitet. Partiklar gjordes lamellära med små storlekar längs rörelseriktningen för litiumjoner och belades sedan med ett nanometer tjockt kolskikt.

Sådana LiFePO4-nanopartiklar kan ladda på 10 minuter, och om beläggningen fortfarande modifieras kommer laddningstiden att reduceras till 1-3 minuter. I framtiden är det detta material som kommer att kunna leverera elektriska fordon ström under tio år. Redan tekniskt möjligt laddningsladdningscykel på 5-10 minuter med fullständig säkerhet.

Från den moderna vetenskapens synvinkel, utveckling och frigöring av jämnt bärbar nanoaccumulator Det kommer inte att ta lång tid att vänta, och ordet är bara för det breda tekniska genomförandet av utvecklingen. När det gäller utsikterna för elfordon kan vi nu redan anta att de kommer att bli det viktigaste transportmedlet i städerna inom en snar framtid.