แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน อยู่รอบตัวเรา ทำให้อุปกรณ์และรถยนต์ของเราวิ่งได้ พวกมันเป็นเหมือนเครื่องยนต์เล็กๆ ที่ขับเคลื่อนโลกของเรา แต่อะไรอยู่ข้างในและทำให้มันได้ผล? มาดูกัน.
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออะไร?
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเปรียบเสมือนโรงงานพลังงานเล็กๆ พวกเขาใช้ลิเธียมไอออนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า
ลองนึกภาพไอออนเหล่านี้เป็นตัวส่งพลังงานระหว่างชิ้นส่วนแบตเตอรี่สองชิ้น ภายในมีตัวแยกเพื่อให้แน่ใจว่าไอออนลิเธียมสามารถเคลื่อนที่ระหว่างด้านได้ในขณะที่ปิดกั้นอิเล็กตรอน
เมื่อทำการชาร์จ ไอออนจะเคลื่อนที่จากด้านบวกไปยังด้านลบเพื่อกักเก็บพลังงาน ในระหว่างการคายประจุ ไอออนจะกลับสู่ด้านบวกเพื่อจ่ายพลังงาน การเคลื่อนที่ไปมาของลิเธียมไอออนจะสร้างแรงดันไฟฟ้า ซึ่งผลักอิเล็กตรอนผ่านอุปกรณ์ที่เชื่อมต่ออยู่เพื่อจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์นั้น
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกับแบตเตอรี่ เซลล์ลิเธียมไอออน
เรามาพูดถึงความแตกต่างระหว่างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและเซลล์ลิเธียมไอออนกันดีกว่า
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเปรียบเสมือนทีมนักวิ่ง โดยที่เซลล์ลิเธียมไอออนแต่ละเซลล์ก็เป็นหนึ่งในนักวิ่งเหล่านั้น ทีมงานต้องการให้นักวิ่งทุกคนร่วมมือกันเพื่อความแข็งแกร่ง
แต่ละเซลล์เหล่านี้มีแรงดันไฟฟ้าของตัวเอง ตัวอย่างเช่น แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตอยู่ในช่วง 3.2 ถึง 3.8 โวลต์ ในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ขนาดใหญ่ เราสามารถรวมเซลล์หลายเซลล์เข้าด้วยกันเพื่อสร้างแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น เช่น 12, 24 หรือ 48 โวลต์ จัดเรียงเซลล์ ในซีรีส์ เพิ่มแรงดันไฟฟ้า
เซลล์สามารถเชื่อมต่อแบบขนานได้ นี่เป็นการรวมความสามารถเข้าด้วยกัน ดังนั้นเซลล์คู่ขนานสองเซลล์จึงมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเซลล์เดียวประมาณสองเท่า
มีอะไรอยู่ภายในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน?
แบตเตอรี่ลิเธียมประกอบด้วยเซลล์ลิเธียมไอออนหลายเซลล์แบบมีสายแบบอนุกรมและแบบขนาน พร้อมด้วยสายไฟเชื่อมต่อและก ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS)-
BMS จะตรวจสอบสุขภาพและอุณหภูมิของแบตเตอรี่ นอกจากนี้ยังสามารถปรับสมดุลพลังงานทั่วทั้งเซลล์ในระหว่างการชาร์จเต็มแต่ละครั้ง เพื่อยืดอายุการใช้งานและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ให้สูงสุด
มีอะไรอยู่ภายในเซลล์ลิเธียมไอออน?
ภายในเซลล์ลิเธียมไอออนเดี่ยวค่อนข้างตรงไปตรงมา ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสี่ส่วน: แอโนด, แคโทด, อิเล็กโทรไลต์ และตัวคั่น ส่วนประกอบเหล่านี้ทำงานร่วมกันได้อย่างราบรื่นเพื่อกักเก็บและปล่อยพลังงานตามต้องการ
แอโนดและแคโทด
ที่แกนกลางของเซลล์ลิเธียมไอออนคืออิเล็กโทรดสองตัว – ขั้วบวกและแคโทด สิ่งเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในความสามารถในการกักเก็บและปล่อยพลังงานของแบตเตอรี่
อิเล็กโทรดลบหรือที่เรียกว่าแอโนดมักทำจากกราไฟท์ ในระหว่างกระบวนการชาร์จ ลิเธียมไอออนจะย้ายจากแคโทดผ่านตัวแยก และไปเก็บไว้ในขั้วบวก เมื่อใช้แบตเตอรี่และคายประจุ ลิเธียมไอออนจะไหลกลับจากขั้วบวกไปยังแคโทด
ในทางกลับกัน อิเล็กโทรดบวกหรือแคโทดมักประกอบด้วยออกไซด์ของโลหะที่มีลิเธียม วัสดุแคโทดทั่วไป ได้แก่ ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ (LCO), ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) และลิเธียมแมงกานีสออกไซด์ (LMO) เคมีแต่ละชนิดมีข้อได้เปรียบเฉพาะตัวในแง่ของความหนาแน่นของพลังงาน ความปลอดภัย และอายุการใช้งานของวงจร
ตัวอย่างเช่น เซลล์ที่ใช้ LCO มักจะมีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า ทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับสมาร์ทโฟนและแล็ปท็อป ในทางกลับกัน เซลล์ LFP ขึ้นชื่อในเรื่องความปลอดภัยที่เหนือกว่าและอายุการใช้งานที่ยาวนาน ทำให้เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า เซลล์ LMO สร้างสมดุลระหว่างความหนาแน่นของพลังงานและความคุ้มค่า
อิเล็กโทรไลต์
อิเล็กโทรไลต์ช่วยให้ลิเธียมไอออนไหลระหว่างแอโนดและแคโทดระหว่างการชาร์จและการคายประจุ
ที่ อิเล็กโทรไลต์ที่พบมากที่สุด ที่ใช้ในเซลล์ลิเธียมไอออนคือเกลือลิเธียม โดยทั่วไปคือลิเธียมเฮกซาฟลูออโรฟอสเฟต (LiPF6) ซึ่งละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ เกลือลิเธียมนี้เป็นตัวกลางที่จำเป็นสำหรับลิเธียมไอออนเพื่อเคลื่อนที่อย่างอิสระระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสอง
ในระหว่างการชาร์จ ไอออนลิเธียมจะถูกแยกออกจากแคโทดและเคลื่อนผ่านอิเล็กโทรไลต์เพื่อเก็บไว้ในขั้วบวก เมื่อใช้แบตเตอรี่และคายประจุ กระบวนการจะกลับกัน โดยลิเธียมไอออนจะไหลกลับจากขั้วบวกไปยังแคโทด ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่จำเป็น
ตัวคั่น
ตัวคั่นอยู่ระหว่างขั้วบวกและแคโทด วัสดุบางนี้ช่วยให้ลิเธียมไอออนผ่านได้แต่หยุดการนำไฟฟ้า ทำให้อิเล็กตรอนไหลผ่านอุปกรณ์ได้
ตัวคั่นยังมีบทบาทด้านความปลอดภัยอีกด้วย – ถ้ามันร้อนเกินไป รูขุมขนก็จะปิด หยุดการขนส่งลิเธียมไอออนและปิดเซลล์แบตเตอรี่ เพื่อป้องกันความเสียหายหรือไฟไหม้
บทสรุป
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนดูเรียบง่ายจากภายนอก แต่เมื่อคุณเจาะลึกลงไป คุณจะค้นพบส่วนประกอบต่างๆ มากมาย
บทความที่เกี่ยวข้อง:
