Как работают перезаряжаемые литий-ионные батареи?

Пионерские работы по разработке литиевых батарей начались в 1912 году под руководством Г. Н. Льюиса, но первые неперезаряжаемые литиевые батареи не были коммерчески доступны до начала 1970-х годов. В 1980-х годах последовали попытки разработать перезаряжаемые литиевые батареи, но они потерпели неудачу из-за нестабильности лития, используемого в качестве анодного материала.

Литий - самый легкий из всех элементов, он имеет наибольший электрохимический потенциал и обеспечивает наибольшую удельную энергию на единицу веса. Перезаряжаемые литий-металлические батареи на аноде могут обеспечивать чрезвычайно высокую плотность энергии; однако в середине 1980-х было обнаружено, что при циклическом воздействии на аноде образуются нежелательные дендриты. Такие молекулы роста попадают в сепаратор, создавая короткое замыкание. Температура элемента будет быстро расти и достигнет точки плавления лития, что приведет к тепловому выходу из строя, также известному как «отвод тепла». После того, как из аккумулятора мобильного телефона произошла утечка горючего газа и он стал причиной ожогов на лице человека, в 1991 году было отозвано большое количество металлических литиевых аккумуляторных батарей, отправленных в Японию.

Присущая металлическому литию летучесть, особенно во время зарядки, была изменена за счет использования ионов лития в неметаллический раствор. Sony выпустила первый ионно-литиевый аккумулятор в 1991 году, и сегодня это самый популярный и быстрорастущий аккумулятор на рынке. Несмотря на меньшую удельную энергию, чем у литий-металлического, ион лития безопасен при соблюдении ограничений по напряжению и току.

Все ли литий-ионные батареи перезаряжаемые?

Почти все литий-ионные батареи являются перезаряжаемыми, поскольку они сформированы по принципу эффекта памяти и обладают способностью сохранять заряд. Переносное электричество обеспечивается литиевыми и литий-ионными батареями или элементами. Оба работают за счет химического накопления электрических зарядов; заряды текут от катода батареи к ее аноду, когда вы подключаете их электроды к проводу, создавая электрический ток. Каждый тип ионно-литиевых батарей имеет преимущества и недостатки в зависимости от конфигурации.

Зарядить литиевые батареи непросто и безопасно; эта проблема привела к изобретению литий-ионных батарей. Прежде чем они выйдут из строя, их можно зарядить несколько раз. Однако литиевые батареи нельзя перезаряжать, но их емкость больше, чем у литий-ионных. У них более высокая плотность мощности, чем у литий-ионных аккумуляторов. По сравнению с литиево-ионными батареями, в литиевых батареях в качестве анода используется металлический литий, а для формирования анода используются различные другие материалы. Литий-ионные батареи ослаблены, потому что их срок годности составляет примерно три года, после чего они бесполезны, но примерно в эти годы их можно легко перезарядить.

Существует разница между литиевой батареей и литиево-ионной батареей, поскольку литиевая батарея содержит металлический литий в качестве анода, поэтому они не являются перезаряжаемыми, тогда как литий-ионные батареи не содержат такого металла, а вместо этого содержат ионы, которые ионизируются на их соответствующем электроде, который поэтому они перезаряжаемые.

Как долго литий-ионный аккумулятор держит заряд?

После ряда экспериментов и отзывов пользователей было замечено, что литий-ионный аккумулятор может сохранять заряд в течение многих месяцев и будет сохранять заряд. Однако безопаснее хранить частично или полностью заряженный литий-ионный аккумулятор. Иногда литий-ионный аккумулятор с очень низким зарядом хранится в течение длительного времени (много месяцев), и его напряжение медленно падает ниже уровня, при котором он может быть снова заряжен благодаря встроенному механизму безопасности. Если планируется хранить аккумулятор в течение нескольких месяцев, рекомендуется вынуть его и зарядить через несколько месяцев. Было бы лучше использовать аккумулятор каждые несколько месяцев, а затем оставлять его частично или полностью заряженным, чтобы вы могли легко использовать его и не создавали для вас никаких проблем.

Как вы используете литий-ионную батарею в соответствии с ее принципом работы?

Литий-ионные аккумуляторы работают по принципу электролиза, который содержит электролит, катод и анод, однако нецелесообразно называть катод и анод, вместо этого лучше называть их положительной клеммой или отрицательной клеммой.

Как и любая другая батарея, один или несколько отсеков для выработки энергии, называемых ячейками, состоят из перезаряжаемой литий-ионной батареи. По сути, каждая ячейка состоит из трех компонентов: положительного электрода (подключенного к положительной или + клемме батареи), отрицательного электрода (подключенного к отрицательной или отрицательной клемме) и промежуточного химического вещества, называемого электролитом. Положительный электрод обычно формируется из химического соединения, называемого оксидом лития-кобальта (LiCoO2), или, в более новых батареях, из фосфата лития-железа (LiFePO4). Как правило, отрицательный электрод сделан из углерода (графита), а электролит варьируется от одного типа аккумулятора к другому, но не так важно понимать основную идею того, как работает аккумулятор.

В общем, все литий-ионные батареи работают. Когда батарея заряжается, положительный оксид лития-кобальта отдает часть своих ионов лития, которые перемещаются через электролит к отрицательному графитовому электроду и остаются там. Во время этого процесса аккумулятор поглощает и накапливает энергию. Когда батарея разряжена, ионы лития движутся обратно через электролит к положительному электроду, генерируя энергию, питающую батарею. В обоих случаях электроны текут к ионам по внешнему контуру в противоположном направлении. Электроны не проходят через электролит: что касается электронов, это, по сути, изолирующий барьер.

Движение ионов (через электролит) и движение электронов (вокруг внешней цепи в противоположном направлении) являются взаимосвязанными процессами, и другой процесс останавливается, если они оба. Если ионы перестанут проходить через электролит, когда батарея полностью разряжается, электроны также не смогут пройти через внешнюю цепь - так что вы потеряете мощность.

Точно так же, когда вы выключите все, что работает от батареи, электроны перестанут течь, и поток ионов прекратится. Батарея в основном начинает разряжаться с высокой скоростью (но продолжает разряжаться, даже когда устройство снято, с очень низкой скоростью).

Литий-ионные батареи, в отличие от более простых батарей, были спроектированы в виде электронных элементов управления, чтобы контролировать, как они заряжаются и разряжаются, и то же самое является их принципом работы и таким же образом, как он должен использоваться.