Объясните, как соединения лития-кобальта вырабатывают электричество в батарее

Большинство литий-ионных аккумуляторов, предназначенных для портативных устройств, таких как смартфоны, основаны на кобальте. Система включает положительный электрод из оксида кобальта и отрицательный графитовый углеродный электрод.

Кобальт - это глянцевый твердый материал серебристо-серого цвета, являющийся побочным продуктом добычи меди и никеля. Он используется в качестве катодного материала в литий-ионных батареях, но он также используется для создания многих других вещей. Если вам интересно узнать о роли кобальта в литиевой батарее, вы попали в нужное место. Здесь мы поможем вам понять роль кобальта в литиевой батарее и принцип работы батареи.

Понимание роли кобальта в литиевой батарее

Перезаряжаемый литий-ионный аккумулятор содержит два электрода, которые погружены в раствор электролита и разделены проницаемой полимерной мембраной. Когда аккумулятор находится в режиме зарядки, ионы лития перемещаются от положительного катода к отрицательному аноду через полимерную мембрану. Когда аккумулятор находится в режиме разряда, ионы лития возвращаются от анода к катоду. В этой процедуре электроны отправляются в электронное приложение, запитывая его во время процедуры.

Более того, углеродный графит является обычным материалом для анода в этих батареях, потому что он имеет слоистую структуру, которая может обеспечивать поддержку, а также хранить небольшие ионы лития между слоями. Поскольку рабочее напряжение батареи зависит от разницы электрохимических потенциалов между анодом и катодом, катод не может быть графитом, и большинство характеристик батареи зависит от материала катода.

Катод накапливает ионы лития посредством электрохимической интеркаляции - цепочки, с помощью которой ионы лития вытягиваются из или помещаются в места или положения решетки внутри структуры материала катода. Одним из основных материалов катода является Li-CO-O2 (оксид лития-кобальта). Когда батарея, созданная с использованием этих материалов, находится в режиме заряда, ионы лития вытягиваются из оксида и затем помещаются в графитовый электрод. В режиме разряда происходит обратное действие.

Когда ионы лития удаляются из оксида на катоде, он обладает положительным зарядом, и именно тогда появляется роль кобальта. Кобальт отвечает за изменение своего состояния окисления, а оксид остается электрически в нейтральном состоянии. Вы будете удивлены, узнав, что небольшое количество кобальта меняет степень окисления с трех до четырех, что компенсирует исключение литий-иона.

Оксид лития-кобальта представляет собой интеркаляционное соединение, в котором кобальт, литий и кислород расположены в 2-мерных слоях - слой лития, затем слой кислорода и слой кобальта, другой слой кислорода и другой слой лития. слой. А в соединении интеркаляции литий может быть удален, а основная структура должна оставаться неизменной. Что, если конструкция сдвинется? Возвращать литий становится очень сложно.

Интересно то, что усиленная кобальтом структура может выдержать около 60% уничтоженного лития, прежде чем она начнет меняться.

Как работают литиевые батареи?

Как и любая другая аккумуляторная технология, литий-ионная аккумуляторная батарея содержит один или несколько отсеков для выработки энергии, называемых ячейками. Кроме того, каждая ячейка содержит три основных компонента -

· Положительный электрод - подключен к положительной клемме аккумулятора.

· Отрицательный электрод - подключен к -ve клемме батареи.

· Химическое вещество - электролит между ними.

Положительный электрод обычно изготавливается из химического соединения - оксида лития-кобальта, а в новой батарее - из фосфата лития-железа. Отрицательный электрод сделан из углерода. Ну, все литий-ионные аккумуляторы носят одинаково. Когда аккумулятор находится в режиме зарядки, оксид лития-кобальта и электрод остаются там. Аккумулятор сохраняет энергию во время процедуры. Когда аккумулятор находится в режиме разряда, ионы лития движутся обратно через электролит к положительному электроду и вырабатывают энергию, питающую аккумулятор. Движение ионов (через электролит) и движение электронов (вокруг внешней цепи) - взаимосвязанные процессы.

Если один из процессов остановится, остановятся и другие. Если ионы перестают двигаться через электролит, поскольку батарея полностью разряжена, электроны также не могут перемещаться по внешней цепи и, таким образом, вы теряете свою мощность.

Вы будете рады узнать, что литий-ионные аккумуляторы поставляются со встроенными электронными контроллерами, которые регулируют процесс их разряда и заряда, чтобы предотвратить перегрев и перезаряд, которые могут привести к взрыву аккумуляторов при определенных обстоятельствах.

Какие компоненты составляют литий-ионную батарею?

Как мы уже говорили ранее, литий-ионный аккумулятор состоит из трех основных компонентов: катода, анода и электролита. Помимо трех, есть еще один важный компонент литий-ионных аккумуляторов, известный как сепаратор.

· Катод - определяет напряжение и емкость литий-ионного аккумулятора. Батарея производит электричество посредством химических реакций лития, поэтому литий помещается в батарею, и это место для лития называется катодом.

· Анод - посылает электроны по проводу. Как и катод, его подложка покрыта активным материалом. Активный материал анода выполняет роль пропуска электрического тока через внешнюю цепь.

· Электролит - позволяет перемещать только ионы. Он действует как среда, которая позволяет перемещаться только ионам лития между анодом и катодом. В его состав входят растворители, добавки и соли.

· Сепаратор - это абсолютный барьер между анодом и катодом. В то время как анод и катод определяют характеристики батареи, сепаратор и электролит определяют безопасность батареи. Сепаратор действует как физический барьер, разделяющий анод и катод. Это помогает предотвратить прямой поток электронов и осторожно позволяет ионам перемещаться через внутреннее микроскопическое отверстие.

Мы надеемся, что наше руководство помогло вам получить общее представление о компонентах и работе литий-ионных аккумуляторов.