Litium-ion batterier er rundt oss, og holder dingsene og bilene våre i gang. De er som de små motorene som driver vår verden. Men hva er inni dem og får dem til å fungere? La oss ta en titt.
Hva er et litium-ion-batteri?
Litium-ion-batterier er som bittesmå energifabrikker. De bruker litiumioner for å generere strøm.
Se for deg disse ionene som budbringere som bærer energi mellom to batterileder. På innsiden sikrer en separator litiumioner kan bevege seg mellom sider mens de blokkerer elektroner.
Ved lading går ioner fra den positive til den negative siden og lagrer energi. Under utlading går ioner tilbake til den positive siden og leverer strøm. Denne frem og tilbake bevegelsen av litiumioner skaper spenning, som skyver elektroner gjennom den tilkoblede enheten og driver den.
Litium-ion-batteri vs. Litium-ion celle
La oss snakke om forskjellen mellom et litiumionbatteri og en litiumioncelle.
Et litium-ion-batteri er som et team av løpere, der hver litium-ion-celle er en av disse løperne. Laget trenger at alle løpere jobber sammen for å være sterke.
Hver av disse cellene har sin egen spenning. For eksempel varierer en litiumjernsfosfatcellens spenning fra 3,2 til 3,8 volt. For å drive større enheter kan vi kombinere flere celler for å lage et høyere spenningsbatteri, som 12, 24 eller 48 volt. Foring celler i serie Legger til spenningene sine.
Celler kan også kobles sammen parallelt. Dette kombinerer deres kapasitet, så to parallelle celler varer omtrent dobbelt så lange som en.
Hva er inne i et litium-ion-batteri?
Et litiumbatteri inneholder flere litium-ion-celler kablet i serie og parallelt, sammen med tilkoblingsledninger og en batteristyringssystem (BMS).
BMS overvåker batteriets helse og temperatur. Den kan også balansere energi på tvers av alle celler under hver full lading for å maksimere batteriets levetid og ytelse.
Hva er inne i en litiumioncelle?
Innsiden av en enkelt litiumioncelle er ganske grei. Den består av fire nøkkelkomponenter: anoden, katoden, en elektrolytt og en separator. Disse komponentene fungerer sømløst sammen for å lagre og frigjøre energi etter behov.
Anode og katode
I kjernen av en litiumioncelle er de to elektrodene – anoden og katoden. Disse spiller en avgjørende rolle i batteriets evne til å lagre og frigjøre energi.
Den negative elektroden, kjent som anoden, er vanligvis laget av grafitt. Under ladeprosessen migrerer litiumioner fra katoden, gjennom separatoren, og blir lagret i anoden. Når batteriet er i bruk og utlades, strømmer litiumionene tilbake fra anoden til katoden.
På baksiden er den positive elektroden, eller katoden, ofte sammensatt av litiumbaserte metalloksider. Vanlige katodematerialer inkluderer litiumkoboltoksid (LCO), litiumjernfosfat (LFP) og litiummanganoksid (LMO). Hver av disse kjemiene tilbyr sine egne unike fordeler når det gjelder energitetthet, sikkerhet og syklusliv.
For eksempel har LCO-baserte celler en tendens til å ha høyere energitetthet, noe som gjør dem til et populært valg for smarttelefoner og bærbare datamaskiner. LFP -celler er derimot kjent for sin overlegne sikkerhet og lange syklusliv, noe som gjør dem til et foretrukket alternativ for elektriske kjøretøyer. LMO-celler slår en balanse mellom energitetthet og kostnadseffektivitet.
Elektrolytt
Elektrolytten letter litiumionstrømmen mellom anode og katode under lading og utslipp.
De vanligste elektrolytt Brukes i en litium-ion-celle er et litiumsalt, typisk litiumheksafluorofosfat (lipf6), oppløst i et organisk løsningsmiddel. Dette litiumsaltet gir det nødvendige mediet for at litiumionene skal bevege seg fritt mellom de to elektrodene.
Under lading blir litiumionene trukket ut fra katoden og vandrer gjennom elektrolytten som skal lagres i anoden. Når batteriet er i bruk og utskrivning, blir prosessen reversert, med litiumionene som strømmer tilbake fra anoden til katoden, og genererer den nødvendige elektriske strømmen.
Separator
Separatoren ligger mellom anoden og katoden. Dette tynne materialet lar litiumioner passere gjennom, men stopper elektrisk ledning, og tvinger elektroner til å strømme gjennom enheten.
Separatoren spiller også en sikkerhetsrolle – Hvis det overopphetes, lukkes porene, Stopper litiumiontransport og stenger av batterisellen for å forhindre skade eller brann.
Konklusjon
Et litium-ion-batteri virker enkelt utenfra, men når du dykker dypere, vil du oppdage mange forskjellige komponenter.
Relaterte artikler:
