Lítium-iónové batérie sú všade okolo nás a udržujú naše prístroje a autá v chode. Sú ako malé motory, ktoré poháňajú náš svet. Ale čo je v nich a čo ich robí? Poďme sa na to pozrieť.
Čo je to lítium-iónová batéria?
Lítium-iónové batérie sú ako malé energetické továrne. Na výrobu elektriny využívajú lítiové ióny.
Predstavte si tieto ióny ako poslov nesúci energiu medzi dvoma časťami batérie. Vnútri separátor zaisťuje, že sa lítiové ióny môžu pohybovať medzi stranami a blokovať elektróny.
Pri nabíjaní ióny putujú z pozitívnej na negatívnu stranu a ukladajú energiu. Počas vybíjania sa ióny vracajú na kladnú stranu a dodávajú energiu. Tento pohyb lítiových iónov tam a späť vytvára napätie, ktoré tlačí elektróny cez pripojené zariadenie a napája ho.
Lítium-iónová batéria vs. Lítium-iónový článok
Poďme sa porozprávať o rozdieloch medzi lítium-iónovou batériou a lítium-iónovým článkom.
Lítium-iónová batéria je ako tím bežcov, kde každý lítium-iónový článok je jedným z týchto bežcov. Tím potrebuje, aby všetci bežci spolupracovali, aby boli silní.
Každý z týchto článkov má svoje vlastné napätie. Napríklad napätie lítium-železofosfátového článku sa pohybuje od 3,2 do 3,8 voltov. Na napájanie väčších zariadení môžeme kombinovať viacero článkov a vytvoriť tak batériu s vyšším napätím, napríklad 12, 24 alebo 48 voltov. Zoraďovanie buniek v sérii pridáva ich napätia.
Bunky môžu byť zapojené aj paralelne. To spája ich kapacitu, takže dve paralelné bunky vydržia približne dvakrát dlhšie ako jedna.
Čo je vo vnútri lítium-iónovej batérie?
Lítiová batéria obsahuje viacero lítium-iónových článkov zapojených do série a paralelne, spolu s prepojovacími vodičmi a a systém správy batérie (BMS).
BMS monitoruje stav a teplotu batérie. Tiež dokáže vyvážiť energiu vo všetkých článkoch počas každého úplného nabitia, aby sa maximalizovala životnosť a výkon batérie.
Čo je vo vnútri lítium-iónového článku?
Vnútro jedného lítium-iónového článku je celkom jednoduché. Skladá sa zo štyroch kľúčových komponentov: anóda, katóda, elektrolyt a separátor. Tieto komponenty hladko spolupracujú pri ukladaní a uvoľňovaní energie podľa potreby.
Anóda a katóda
Jadrom lítium-iónového článku sú dve elektródy – anóda a katóda. Tie zohrávajú kľúčovú úlohu pri skladovaní a uvoľňovaní energie batérie.
Záporná elektróda, známa ako anóda, je zvyčajne vyrobená z grafitu. Počas procesu nabíjania lítiové ióny migrujú z katódy cez separátor a ukladajú sa do anódy. Keď sa batéria používa a vybíja, lítiové ióny prúdia späť z anódy na katódu.
Na druhej strane kladná elektróda alebo katóda sa často skladá z oxidov kovov na báze lítia. Bežné katódové materiály zahŕňajú oxid lítny kobaltnatý (LCO), fosforečnan lítno-železnatý (LFP) a oxid lítno-mangánový (LMO). Každá z týchto chemických látok ponúka svoje vlastné jedinečné výhody, pokiaľ ide o hustotu energie, bezpečnosť a životnosť.
Napríklad bunky založené na LCO majú tendenciu mať vyššiu hustotu energie, čo z nich robí obľúbenú voľbu pre smartfóny a notebooky. Na druhej strane články LFP sú známe svojou vynikajúcou bezpečnosťou a dlhou životnosťou, čo z nich robí preferovanú možnosť pre elektrické vozidlá. LMO články vytvárajú rovnováhu medzi hustotou energie a nákladovou efektívnosťou.
Elektrolyt
Elektrolyt uľahčuje tok lítiových iónov medzi anódou a katódou počas nabíjania a vybíjania.
The najbežnejší elektrolyt použitá v lítium-iónovom článku je lítiová soľ, typicky lítiumhexafluórfosfát (LiPF6), rozpustený v organickom rozpúšťadle. Táto lítiová soľ poskytuje potrebné médium pre lítiové ióny, aby sa mohli voľne pohybovať medzi dvoma elektródami.
Počas nabíjania sú lítiové ióny extrahované z katódy a migrujú cez elektrolyt, aby boli uložené v anóde. Keď sa batéria používa a vybíja, proces je obrátený, pričom lítiové ióny prúdia späť z anódy na katódu a vytvárajú potrebný elektrický prúd.
Oddeľovač
Separátor sa nachádza medzi anódou a katódou. Tento tenký materiál umožňuje lítiovým iónom prechádzať, ale zastavuje elektrickú vodivosť, čím núti elektróny prúdiť cez zariadenie.
Separátor zohráva aj bezpečnostnú úlohu – ak sa prehreje, jeho póry sa uzavrú, zastavenie lítium-iónového transportu a vypnutie batériového článku aby ste predišli poškodeniu alebo požiaru.
Záver
Lítium-iónová batéria vyzerá zvonku jednoducho, ale keď sa ponoríte hlbšie, objavíte veľa rôznych komponentov.
Súvisiace články:
