Baterie litowo-jonowe są wszędzie wokół nas, dzięki czemu nasze gadżety i samochody działają. Są jak małe silniki napędzające nasz świat. Ale co w nich jest i co sprawia, że działają? Rzućmy okiem.
Co to jest bateria litowo-jonowa?
Baterie litowo-jonowe są jak małe fabryki energii. Wykorzystują jony litu do wytwarzania energii elektrycznej.
Wyobraź sobie te jony jako posłańców przenoszących energię pomiędzy dwiema częściami baterii. Wewnątrz separator zapewnia, że jony litu mogą przemieszczać się pomiędzy bokami, blokując jednocześnie elektrony.
Podczas ładowania jony przemieszczają się od strony dodatniej do ujemnej, magazynując energię. Podczas rozładowywania jony wracają na stronę dodatnią, dostarczając energię. Ten ruch tam i z powrotem jonów litu wytwarza napięcie, które przepycha elektrony przez podłączone urządzenie, zasilając je.
Bateria litowo-jonowa vs. Ogniwo litowo-jonowe
Porozmawiajmy o różnicy między baterią litowo-jonową a ogniwem litowo-jonowym.
Bateria litowo-jonowa działa jak zespół biegaczy, w którym każde ogniwo litowo-jonowe jest jednym z tych biegaczy. Zespół potrzebuje współpracy wszystkich biegaczy, aby być silnym.
Każde z tych ogniw ma swoje własne napięcie. Na przykład napięcie ogniwa z fosforanem litowo-żelazowym waha się od 3,2 do 3,8 wolta. Aby zasilać większe urządzenia, możemy połączyć wiele ogniw, aby utworzyć akumulator o wyższym napięciu, na przykład 12, 24 lub 48 woltów. Układanie komórek w serii dodaje swoje napięcia.
Ogniwa można także łączyć równolegle. Łączy to ich pojemność, więc dwa równoległe ogniwa wytrzymują około dwa razy dłużej niż jedno.
Co kryje się w akumulatorze litowo-jonowym?
Bateria litowa zawiera wiele ogniw litowo-jonowych połączonych szeregowo i równolegle, wraz z przewodami łączącymi i a system zarządzania baterią (BMS).
BMS monitoruje stan i temperaturę akumulatora. Może także równoważyć energię we wszystkich ogniwach podczas każdego pełnego ładowania, aby zmaksymalizować żywotność i wydajność baterii.
Co kryje się w ogniwie litowo-jonowym?
Wnętrze pojedynczego ogniwa litowo-jonowego jest dość proste. Składa się z czterech kluczowych elementów: anody, katody, elektrolitu i separatora. Elementy te płynnie ze sobą współpracują, przechowując i uwalniając energię w razie potrzeby.
Anoda i katoda
W rdzeniu ogniwa litowo-jonowego znajdują się dwie elektrody – anoda i katoda. Odgrywają one kluczową rolę w możliwościach magazynowania i uwalniania energii akumulatora.
Elektroda ujemna, zwana anodą, jest zwykle wykonana z grafitu. Podczas procesu ładowania jony litu migrują z katody przez separator i gromadzą się w anodzie. Kiedy akumulator jest używany i się rozładowuje, jony litu przepływają z powrotem z anody do katody.
Z drugiej strony elektroda dodatnia, czyli katoda, często składa się z tlenków metali na bazie litu. Typowe materiały katodowe obejmują tlenek litowo-kobaltowy (LCO), fosforan litowo-żelazowy (LFP) i tlenek litowo-manganowy (LMO). Każda z tych substancji chemicznych oferuje swoje unikalne zalety w zakresie gęstości energii, bezpieczeństwa i trwałości cyklu.
Na przykład ogniwa oparte na LCO mają zwykle wyższą gęstość energii, co czyni je popularnym wyborem w smartfonach i laptopach. Z drugiej strony ogniwa LFP są znane ze swojego najwyższego bezpieczeństwa i długiej żywotności, co czyni je preferowaną opcją w pojazdach elektrycznych. Ogniwa LMO zapewniają równowagę pomiędzy gęstością energii a opłacalnością.
Elektrolit
Elektrolit ułatwia przepływ jonów litu pomiędzy anodą a katodą podczas ładowania i rozładowywania.
The najpopularniejszy elektrolit stosowana w ogniwie litowo-jonowym to sól litu, zazwyczaj heksafluorofosforan litu (LiPF6), rozpuszczona w rozpuszczalniku organicznym. Ta sól litu zapewnia środowisko niezbędne do swobodnego przemieszczania się jonów litu pomiędzy dwiema elektrodami.
Podczas ładowania jony litu są oddzielane od katody i migrują przez elektrolit, gdzie są magazynowane w anodzie. Kiedy akumulator jest używany i się rozładowuje, proces jest odwrotny, a jony litu przepływają z powrotem od anody do katody, wytwarzając niezbędny prąd elektryczny.
Separator
Separator znajduje się pomiędzy anodą i katodą. Ten cienki materiał umożliwia przepływ jonów litu, ale zatrzymuje przewodzenie elektryczne, zmuszając elektrony do przepływu przez urządzenie.
Separator pełni także rolę zabezpieczającą – jeśli się przegrzeje, jego pory zamykają się, zatrzymanie transportu litowo-jonowego i wyłączenie ogniwa akumulatora aby zapobiec uszkodzeniom lub pożarowi.
Wniosek
Z zewnątrz bateria litowo-jonowa wydaje się prosta, ale gdy zagłębisz się w jej konstrukcję, odkryjesz wiele różnych komponentów.
Powiązane artykuły:
