Litij-ionske baterije so povsod okoli nas, skrbijo za delovanje naših pripomočkov in avtomobilov. So kot mali motorji, ki poganjajo naš svet. Toda kaj je v njih in jih spodbuja? Oglejmo si.
Kaj je litij-ionska baterija?
Litij-ionske baterije so kot majhne tovarne energije. Za proizvodnjo električne energije uporabljajo litijeve ione.
Predstavljajte si te ione kot glasnike, ki prenašajo energijo med dvema deloma baterije. V notranjosti separator zagotavlja, da se litijevi ioni premikajo med stranicami, medtem ko blokirajo elektrone.
Pri polnjenju ioni potujejo od pozitivne do negativne strani in shranjujejo energijo. Med praznjenjem se ioni vrnejo na pozitivno stran in dovajajo moč. To premikanje litijevih ionov naprej in nazaj ustvarja napetost, ki potiska elektrone skozi povezano napravo in jo napaja.
Litij-ionska baterija vs. Litij-ionska celica
Pogovorimo se o razliki med litij-ionsko baterijo in litij-ionsko celico.
Litij-ionska baterija je kot ekipa tekačev, kjer je vsaka litij-ionska celica ena od teh tekačev. Ekipa potrebuje sodelovanje vseh tekačev, da je močna.
Vsaka od teh celic ima svojo napetost. Na primer, napetost litij-železove fosfatne celice se giblje od 3,2 do 3,8 voltov. Za napajanje večjih naprav lahko združimo več celic, da ustvarimo baterijo višje napetosti, na primer 12, 24 ali 48 voltov. Postavljanje celic v seriji sešteje njihove napetosti.
Celice so lahko povezane tudi vzporedno. To združuje njuno zmogljivost, tako da dve vzporedni celici trajata približno dvakrat dlje kot ena.
Kaj je znotraj litij-ionske baterije?
Litijeva baterija vsebuje več litij-ionskih celic, povezanih zaporedno in vzporedno, skupaj s povezovalnimi žicami in sistem za upravljanje baterije (BMS).
BMS spremlja stanje in temperaturo baterije. Prav tako lahko uravnoteži energijo v vseh celicah med vsakim polnim polnjenjem, da poveča življenjsko dobo in zmogljivost baterije.
Kaj je znotraj litij-ionske celice?
Notranjost ene litij-ionske celice je precej enostavna. Sestavljajo ga štiri ključne komponente: anoda, katoda, elektrolit in separator. Te komponente brezhibno sodelujejo pri shranjevanju in sproščanju energije, kot je potrebno.
Anoda in katoda
V jedru litij-ionske celice sta dve elektrodi – anodo in katodo. Ti igrajo ključno vlogo pri shranjevanju in sproščanju energije baterije.
Negativna elektroda, znana kot anoda, je običajno izdelana iz grafita. Med postopkom polnjenja litijevi ioni migrirajo s katode skozi separator in se shranijo v anodi. Ko je baterija v uporabi in se prazni, litijevi ioni tečejo nazaj od anode k katodi.
Na drugi strani je pozitivna elektroda ali katoda pogosto sestavljena iz kovinskih oksidov na osnovi litija. Pogosti katodni materiali vključujejo litijev kobaltov oksid (LCO), litijev železov fosfat (LFP) in litijev manganov oksid (LMO). Vsaka od teh kemikalij ponuja svoje edinstvene prednosti v smislu energijske gostote, varnosti in življenjske dobe.
Celice, ki temeljijo na LCO, imajo na primer večjo energijsko gostoto, zaradi česar so priljubljena izbira za pametne telefone in prenosnike. Celice LFP so po drugi strani znane po vrhunski varnosti in dolgi življenjski dobi, zaradi česar so prednostna možnost za električna vozila. Celice LMO dosegajo ravnotežje med energijsko gostoto in stroškovno učinkovitostjo.
elektrolit
Elektrolit olajša pretok litijevih ionov med anodo in katodo med polnjenjem in praznjenjem.
The najpogostejši elektrolit ki se uporablja v litij-ionski celici, je litijeva sol, običajno litijev heksafluorofosfat (LiPF6), raztopljena v organskem topilu. Ta litijeva sol zagotavlja potreben medij za prosto gibanje litijevih ionov med obema elektrodama.
Med polnjenjem se litijevi ioni ekstrahirajo iz katode in migrirajo skozi elektrolit, da se shranijo v anodi. Ko je baterija v uporabi in se prazni, je postopek obraten, pri čemer litijevi ioni tečejo nazaj od anode k katodi in ustvarjajo potreben električni tok.
Ločilo
Separator leži med anodo in katodo. Ta tanek material omogoča prehod litijevih ionov, vendar ustavi električno prevodnost, zaradi česar elektroni tečejo skozi napravo.
Separator ima tudi varnostno vlogo – če se pregreje, se njegove pore zaprejo, ustavitev transporta litij-ionov in izklop celice baterije da preprečite poškodbe ali požar.
Zaključek
Litij-ionska baterija je od zunaj videti preprosta, a ko se boste poglobili, boste odkrili veliko različnih komponent.
Sorodni članki:
