Litiumjonbatterier finns runt omkring oss och håller våra prylar och bilar igång. De är som de små motorerna som driver vår värld. Men vad finns i dem och får dem att fungera? Låt oss ta en titt.
Vad är ett litiumjonbatteri?
Litiumjonbatterier är som små energifabriker. De använder litiumjoner för att generera elektricitet.
Föreställ dig dessa joner som budbärare som bär energi mellan två batteridelar. Inuti ser en separator till att litiumjoner kan röra sig mellan sidorna samtidigt som de blockerar elektroner.
Vid laddning reser joner från den positiva till den negativa sidan och lagrar energi. Under urladdning återgår joner till den positiva sidan och levererar ström. Denna fram och tillbaka rörelse av litiumjoner skapar spänning, som driver elektroner genom den anslutna enheten och driver den.
Litiumjonbatteri vs. Litiumjoncell
Låt oss prata om skillnaden mellan ett litiumjonbatteri och en litiumjoncell.
Ett litiumjonbatteri är som ett team av löpare, där varje litiumjoncell är en av dessa löpare. Laget behöver alla löpare som arbetar tillsammans för att vara starka.
Var och en av dessa celler har sin egen spänning. Till exempel sträcker sig en litiumjärnfosfatcells spänning från 3,2 till 3,8 volt. För att driva större enheter kan vi kombinera flera celler för att skapa ett batteri med högre spänning, som 12, 24 eller 48 volt. Rada upp celler i serie lägger till sina spänningar.
Celler kan också kopplas parallellt. Detta kombinerar deras kapacitet, så två parallella celler håller ungefär dubbelt så länge som en.
Vad finns inuti ett litiumjonbatteri?
Ett litiumbatteri innehåller flera litiumjonceller kopplade i serie och parallellt, tillsammans med anslutningskablar och en batterihanteringssystem (BMS).
BMS övervakar batteriets hälsa och temperatur. Dessutom kan den balansera energi över alla celler under varje full laddning för att maximera batteriets livslängd och prestanda.
Vad finns inuti en litiumjoncell?
Insidan av en enda litiumjoncell är ganska enkel. Den består av fyra nyckelkomponenter: anoden, katoden, en elektrolyt och en separator. Dessa komponenter samarbetar sömlöst för att lagra och frigöra energi efter behov.
Anod och katod
I kärnan av en litiumjoncell finns de två elektroderna – anoden och katoden. Dessa spelar en avgörande roll i batteriets energilagrings- och frigöringsförmåga.
Den negativa elektroden, känd som anoden, är vanligtvis gjord av grafit. Under laddningsprocessen migrerar litiumjoner från katoden, genom separatorn, och lagras i anoden. När batteriet används och laddas ur strömmar litiumjonerna tillbaka från anoden till katoden.
På baksidan är den positiva elektroden, eller katoden, ofta sammansatt av litiumbaserade metalloxider. Vanliga katodmaterial inkluderar litiumkoboltoxid (LCO), litiumjärnfosfat (LFP) och litiummanganoxid (LMO). Var och en av dessa kemier erbjuder sina egna unika fördelar när det gäller energitäthet, säkerhet och livslängd.
Till exempel tenderar LCO-baserade celler att ha högre energidensiteter, vilket gör dem till ett populärt val för smartphones och bärbara datorer. LFP-celler, å andra sidan, är kända för sin överlägsna säkerhet och långa livslängd, vilket gör dem till ett föredraget alternativ för elfordon. LMO-celler har en balans mellan energitäthet och kostnadseffektivitet.
Elektrolyt
Elektrolyten underlättar litiumjonflödet mellan anod och katod under laddning och urladdning.
De vanligaste elektrolyten som används i en litiumjoncell är ett litiumsalt, typiskt litiumhexafluorfosfat (LiPF6), löst i ett organiskt lösningsmedel. Detta litiumsalt tillhandahåller det nödvändiga mediet för litiumjonerna att röra sig fritt mellan de två elektroderna.
Under laddningen extraheras litiumjonerna från katoden och migrerar genom elektrolyten för att lagras i anoden. När batteriet är i bruk och laddas ur, är processen omvänd, med litiumjonerna flödar tillbaka från anoden till katoden och genererar den nödvändiga elektriska strömmen.
Separator
Separatorn ligger mellan anoden och katoden. Detta tunna material tillåter litiumjoner att passera igenom men stoppar elektrisk ledning, vilket tvingar elektroner att strömma genom enheten.
Separatorn spelar också en säkerhetsroll – om den överhettas stänger dess porer, stoppa litiumjontransport och stänga av battericellen för att förhindra skador eller brand.
Slutsats
Ett litiumjonbatteri verkar enkelt från utsidan, men när du går djupare kommer du att upptäcka många olika komponenter.
Relaterade artiklar:
