Lithium-ion batterier er overalt omkring os og holder vores gadgets og biler kørende. De er som de små motorer, der driver vores verden. Men hvad er der indeni dem og får dem til at fungere? Lad os se.
Hvad er et lithium-ion-batteri?
Lithium-ion-batterier er som små energifabrikker. De bruger lithium-ioner til at generere elektricitet.
Forestil dig disse ioner som budbringere, der transporterer energi mellem to batteridele. Indvendigt sikrer en separator, at lithium-ioner kan bevæge sig mellem siderne, mens de blokerer elektroner.
Ved opladning bevæger ioner sig fra den positive til den negative side og lagrer energi. Under afladning vender ioner tilbage til den positive side og leverer strøm. Denne frem og tilbage bevægelse af lithiumioner skaber spænding, som skubber elektroner gennem den tilsluttede enhed og driver den.
Lithium-ion batteri vs. Lithium-ion celle
Lad os tale om forskellen mellem et lithium-ion-batteri og en lithium-ion-celle.
Et lithium-ion-batteri er som et hold af løbere, hvor hver lithium-ion-celle er en af disse løbere. Holdet har brug for, at alle løbere arbejder sammen for at være stærke.
Hver af disse celler har sin egen spænding. For eksempel varierer en lithiumjernfosfatcelles spænding fra 3,2 til 3,8 volt. For at drive større enheder kan vi kombinere flere celler for at skabe et batteri med højere spænding, f.eks. 12, 24 eller 48 volt. Opstilling af celler i serie tilføjer deres spændinger.
Celler kan også forbindes parallelt. Dette kombinerer deres kapacitet, så to parallelle celler holder cirka dobbelt så længe som en.
Hvad er der inde i et lithium-ion-batteri?
Et lithiumbatteri indeholder flere lithium-ion-celler forbundet i serie og parallelt sammen med forbindelsesledninger og en batteristyringssystem (BMS).
BMS overvåger batteriets sundhed og temperatur. Den kan også afbalancere energi på tværs af alle celler under hver fuld opladning for at maksimere batteriets levetid og ydeevne.
Hvad er der inde i en lithium-ioncelle?
Indersiden af en enkelt lithium-ion-celle er ret ligetil. Den består af fire nøglekomponenter: anoden, katoden, en elektrolyt og en separator. Disse komponenter arbejder problemfrit sammen for at lagre og frigive energi efter behov.
Anode og katode
I kernen af en lithium-ion-celle er de to elektroder – anoden og katoden. Disse spiller en afgørende rolle i batteriets energilagrings- og frigivelseskapacitet.
Den negative elektrode, kendt som anoden, er typisk lavet af grafit. Under opladningsprocessen migrerer lithiumioner fra katoden gennem separatoren og bliver opbevaret i anoden. Når batteriet er i brug og aflades, strømmer lithium-ionerne tilbage fra anoden til katoden.
På bagsiden er den positive elektrode eller katoden ofte sammensat af lithium-baserede metaloxider. Almindelige katodematerialer omfatter lithiumcoboltoxid (LCO), lithiumjernphosphat (LFP) og lithiummanganoxid (LMO). Hver af disse kemier tilbyder sine egne unikke fordele med hensyn til energitæthed, sikkerhed og cykluslevetid.
For eksempel har LCO-baserede celler en tendens til at have højere energitætheder, hvilket gør dem til et populært valg til smartphones og bærbare computere. LFP-celler er på den anden side kendt for deres overlegne sikkerhed og lange levetid, hvilket gør dem til en foretrukken mulighed for elektriske køretøjer. LMO-celler skaber en balance mellem energitæthed og omkostningseffektivitet.
Elektrolyt
Elektrolytten letter lithium-ion-strømmen mellem anode og katode under op- og afladning.
Det mest almindelige elektrolyt anvendt i en lithium-ion-celle er et lithiumsalt, typisk lithiumhexafluorphosphat (LiPF6), opløst i et organisk opløsningsmiddel. Dette lithiumsalt giver det nødvendige medium til, at lithiumionerne kan bevæge sig frit mellem de to elektroder.
Under opladning udvindes lithiumionerne fra katoden og migrerer gennem elektrolytten for at blive opbevaret i anoden. Når batteriet er i brug og aflades, vendes processen, hvor lithium-ionerne strømmer tilbage fra anoden til katoden og genererer den nødvendige elektriske strøm.
Separator
Separatoren ligger mellem anoden og katoden. Dette tynde materiale tillader lithiumioner at passere igennem, men stopper elektrisk ledning, hvilket tvinger elektroner til at strømme gennem enheden.
Separatoren spiller også en sikkerhedsrolle – hvis den overophedes, lukker dens porer, standsning af lithium-ion-transport og nedlukning af battericellen for at forhindre skader eller brand.
Konklusion
Et lithium-ion-batteri virker simpelt udefra, men efterhånden som du dykker dybere, vil du opdage mange forskellige komponenter.
Relaterede artikler:
