Наука, лежащая в основе литий-ионной батареи: химическое уравнение!

Примерно в 1912 году ученый по имени Дж. У. Льюис начал работать над батареями, работающими от лития. Именно тогда эта концепция родилась. Однако официально они не были введены до начала 1970-х годов. Анод в этих батареях сделан из лития.

У них продолжительный срок службы, но они также производят более высокую стоимость за единицу. В разных батареях используются шесть различных типов литий-ионных аккумуляторов. У всех есть свои плюсы и минусы. Однако лучше всего подходит фосфат лития и железа (LiFePO4). Этот электрод безопасен в использовании и устойчив к неправильному обращению. Это также обеспечивает долгий срок службы и отличный тепловой баланс. Обычно они используются в портативных устройствах. Другой электрод, используемый в этих батареях, изготовлен из графита. Их высокая плотность заряда отличает их от щелочных батарей. Они могут выдавать высокое напряжение от 1,5 В до почти 3,7 В. Напряжение зависит от лития. Основным решающим фактором вольта является качество используемых литий-ионных аккумуляторов и конструкция батареи. Мы обсудим химические уравнения, используемые в литиевых батареях, далее в этой статье.

Есть миллионы применений литий-ионных аккумуляторов. Наиболее распространены из них в области медицины. Они также используются в личных помощниках. Использование литий-ионных аккумуляторов безгранично. Такие как КПК, измерители артериального давления / диабета и многие другие портативные устройства. По сравнению с щелочными батареями эти батареи дороже. Но бонус в виде долгой жизни делает их достойными тех нескольких дополнительных долларов, которые мы должны заплатить. Они также подлежат ремонту и долговечны.

Плюс литиевой батареи в том, что она не выделяет вредные газы, такие как кислород и водород. Кроме того, литиевые батареи усиливают прочную молекулярную связь между ионами. Это дает им характерный долгий срок службы и тепловой баланс. Эти батареи могут содержать энергию, равную почти трем или четырем щелочным батареям. Тем не менее, он портативный и компактный. Это дает ему преимущество перед другими доступными батареями.

Итак, главный вопрос заключается в том, как такая маленькая батарея вмещает в себя такую большую электростанцию. Ответ довольно прост. Литий-ионный аккумулятор имеет сложные химические уравнения, подтверждающие это. Давайте попробуем лучше понять эти уравнения в следующем заголовке.

Какова химическая реакция в литий-ионном аккумуляторе?

Литий-ионные батареи содержат ионы лития [Li +]. Они участвуют во всех реакциях литий-ионных аккумуляторов. Во всех типах батарей два электрода. Называется анодом и катодом. В литий-ионной батарее оба электрода сделаны из материалов, которые могут легко интеркалировать ионы лития. Это означает, что оба электрода, присутствующие в литий-ионной батарее, должны быть изготовлены из материалов, которые могут поглощать ионы лития.

Проще говоря, интеркаляция означает удержание заряженных ионов внутри материала без нарушения свойств ионов. Здесь следует отметить, что материал-хозяин не должен нарушать свойства иона.

Когда мы говорим о литий-ионе, ионы связаны с электроном в пределах анода. Когда батарея разряжается, поглощенные ионы высвобождаются из анода. А затем ионы лития плывут к катоду через электролит.

Литий-ионный аккумулятор начинает свой полный жизненный цикл после разряда. Все ионы лития интеркалированы в катоде, и его химический состав недостаточно развит, чтобы производить электричество самостоятельно. Вот почему вам необходимо полностью зарядить аккумулятор перед его использованием. Как только батарея заряжается, на катоде происходит окисление, и это причина того, что он теряет часть своих заряженных ионов. Теперь в электролите в изобилии присутствуют отрицательные ионы. Для поддержания равновесия в электролите выделяются положительно заряженные интеркалированные ионы лития. Все эти ионы затем перемещаются к аноду и интеркалируют с графитом.

Когда батарея начинает разряжаться, ионы лития полностью изменяют процесс, описанный выше. Все ионы лития деинтеркалируются с анода и направляются к катоду через электролит. Эта реакция высвобождает электроны, которые были связаны с анодом. Это создает внешний провод энергии, который позволяет батарее выполнять реальную работу. Здесь, когда электроны движутся, все отрицательные и положительные ионы уравновешиваются движением.

Когда все ионы возвращаются на катод, все реакции останавливаются. И батарея разряжается и разряжается. Когда мы перезаряжаем аккумулятор, весь процесс начинается снова, и аккумулятор начинает вырабатывать энергию.

Какова формула литий-ионного аккумулятора?

Реакции, протекающие внутри литий-ионной батареи, не очень сложные. Но в то же время они не очень просты. Самый известный ион, используемый в литий-ионной батарее, - это литий-кобальт-ион (LiCoO2).

Внутри батареи с ионным катодом LiCoO2 и графитовым анодом протекают следующие реакции:

LiCoO2 + C? Li1-xCoO2 + LixC

Двойные стрелки здесь обозначают обратимую реакцию. Стрелка вперед указывает на зарядку, а стрелка назад указывает на разрядку.

Реакция, происходящая на положительном электроде:

LiCo3 + O2? xLi + + Li1-xCo4 + xCo3 + 1-xO2 + е-

Реакция, возникающая на отрицательном электроде:

С + xLi + + е-? LixC

Как делается литий-ионный аккумулятор?

Формирование ионно-литиевых батарей состоит из следующих этапов:

• Первым делом подготовьте вещи, из которых состоит электрод.

• Второй шаг - превратить сырье в настоящий электрод.

• Затем происходит образование электролитов.

• Затем ионы заряжаются.

• Затем все компоненты батареи собираются вместе, чтобы сформировать батарею.

• Затем аккумулятор закрывается цилиндрическими крышками.

Затем батарея проверяется на безопасность.