แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

หลักการทำงานของแบตเตอรี่ไฟฟ้าคือการสะสมของพลังงานไฟฟ้าในระหว่างปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าชาร์จไหลผ่านแบตเตอรี่และการสร้างพลังงานไฟฟ้าเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลระหว่างปฏิกิริยาเคมีย้อนกลับ

การย้อนกลับของปฏิกิริยาทางเคมีในแบตเตอรี่ช่วยให้คุณสามารถคายประจุและชาร์จแบตเตอรี่ซ้ำ ๆ นี่เป็นข้อได้เปรียบของแบตเตอรี่มากกว่าแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าที่ใช้แล้วทิ้งซึ่งเป็นแบตเตอรี่ธรรมดาซึ่งมีเพียงการปล่อยกระแสไฟฟ้าเท่านั้นที่เป็นไปได้

ในฐานะสื่อกลางสำหรับการถ่ายโอนประจุจากขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่หนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่งอิเล็กโทรไลต์ถูกใช้ - เป็นวิธีแก้ปัญหาพิเศษเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นกับวัสดุบนขั้วไฟฟ้าทั้งในทางตรงและทางเคมีย้อนกลับในแบตเตอรี่จึงเป็นไปได้ อันดับของเขา

วันนี้แบตเตอรี่ชนิดหนึ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน. ในแบตเตอรี่เหล่านี้อลูมิเนียมทำหน้าที่เป็นขั้วลบเชิงลบ (แคโทด) และทองแดงเป็นขั้วบวก (ขั้วบวก) อิเล็กโทรดสามารถมีรูปร่างที่แตกต่างกันตามกฎมันเป็นฟอยด์ในรูปแบบของทรงกระบอกหรือแพ็คเก็ตเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า

ใช้กับฟอยล์อลูมิเนียม วัสดุแคโทดซึ่งส่วนใหญ่มักจะเป็นหนึ่งในสาม: ลิเธียมโคบอลต์ LiCoO2, ลิเธียม ferrophosphate LiFePO4 หรือลิเธียมแมงกานีส spinel LiMn2O4 และกราไฟท์ถูกนำไปใช้กับฟอยล์ทองแดง ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟต LiFePO4 เป็นวัสดุแคโทดที่ปลอดภัยเพียงชนิดเดียวในปัจจุบันในแง่ของอันตรายจากการระเบิดและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยทั่วไป

พอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ที่สามารถรวมเกลือลิเธียมไว้ในองค์ประกอบเนื่องจากพลาสติกทำให้สามารถผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีพื้นผิวภายในขนาดใหญ่และเกือบทุกรูปร่างและเพิ่มความสามารถในการผลิตและขนาดโดยรวมอย่างมีนัยสำคัญ

ในกระบวนการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเคลื่อนที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์และฝังอยู่ในผลึกกราไฟต์บนขั้วบวก สารประกอบกราไฟท์ลิเธียม LiC6. ในระหว่างการปลดปล่อยกระบวนการย้อนกลับเกิดขึ้น - ลิเธียมไอออนย้ายไปที่ขั้วลบ (ออกซิไดเซอร์) จากขั้วบวกและอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในวงจรภายนอกไปยังขั้วลบซึ่งเป็นผลให้กระบวนการได้รับความเป็นกลางทางไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือ 3.6 โวลต์อย่างไรก็ตามความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการชาร์จสามารถทำได้ถึง 4.23 โวลต์ ในการเชื่อมต่อกับข้อเท็จจริงนี้ประจุจะถูกสร้างขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตได้ไม่เกิน 4.2 โวลต์

สารประกอบลิเธียมบางชนิดสามารถติดไฟได้ง่ายหากแรงดันไฟฟ้าเกินกว่าปกติดังนั้นจึงสร้างขึ้นในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ตัวควบคุมระดับประจุที่ไม่อนุญาตให้เกินแรงดันไฟฟ้าวิกฤติ คุณสมบัติด้านความปลอดภัยอีกประการหนึ่งคือวาล์วในตัวเพื่อลดแรงดันส่วนเกินภายในถุง

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้เข้ามาแทนที่ตลาดเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนแบบพกพา เหล่านี้เป็นแบตเตอรี่สำหรับโทรศัพท์มือถือกล้องกล้องวิดีโอแท็บเล็ตผู้เล่น ฯลฯ

ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟต LiFePO4 ถือว่าเป็นวัสดุแคโทดที่มีแนวโน้มมากที่สุดเนื่องจากเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ลิเธียมโคบอลต์ LiCoO2 ในทางกลับกันเป็นพิษและเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและสำหรับแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับเพียง 50% ของไอออนสามารถสกัดได้จากโครงสร้างของสารประกอบเพราะถ้าคุณเอาลิเธียมออกจากมันอย่างสมบูรณ์โครงสร้างจะไม่เสถียรโคบอลต์จะเข้าสู่สถานะออกซิเดชัน + 4 และ จะสามารถออกซิไดซ์ออกซิเจนและออกซิเจนที่ปล่อยออกมาจะออกซิไดซ์อิเล็กโทรไลต์และจะเกิดการระเบิดขึ้นแบตเตอรี่ที่มีความจุเพิ่มขึ้น (จาก LiCoO2) นั้นจะระเบิดได้มาก

ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟต LiFePO4 ถูกเสนอเป็นวัสดุแคโทดของแบตเตอรี่สำหรับอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในปี 1997 โดย John Goodenough

ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟตอยู่ในเปลือกโลกและจะไม่สร้างปัญหาสิ่งแวดล้อมในอนาคต ออกซิเจนไม่สามารถถูกปลดปล่อยออกมาจากมันได้เนื่องจากฟอสฟอรัสนั้นมีพันธะกับการก่อตัวของไอออนฟอสเฟตที่เสถียร อย่างไรก็ตามสำหรับความเป็นไปได้ของการใช้วัสดุนี้มันจะต้องมีการแยกส่วนเป็นอนุภาคขนาดเล็กมิฉะนั้นมันจะยังคงเป็นฉนวนเนื่องจากการนำไฟฟ้าที่ต่ำมาก อนุภาคถูกสร้างขึ้นจาก lamellar ที่มีขนาดเล็กตามทิศทางการเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมจากนั้นพวกมันก็ถูกเคลือบด้วยชั้นนาโนเมตรของคาร์บอน

อนุภาคนาโน LiFePO4 ดังกล่าวสามารถชาร์จได้ภายใน 10 นาทีและหากการเคลือบยังคงถูกแก้ไขเวลาในการชาร์จจะลดลงเหลือ 1-3 นาที ในอนาคตมันเป็นวัสดุที่จะสามารถให้พลังงานกับยานพาหนะไฟฟ้าเป็นเวลา 10 ปี รอบการชาร์จประจุที่เป็นไปได้ทางเทคโนโลยีแล้วใน 5-10 นาทีด้วยความปลอดภัยที่สมบูรณ์

จากมุมมองของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่การพัฒนาและการเปิดตัวของแม้ nanoaccumulator พกพา จะใช้เวลาไม่นานในการรอและคำนี้ใช้สำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างกว้างขวางเท่านั้น สำหรับแนวโน้มของยานพาหนะไฟฟ้าตอนนี้เราสามารถสันนิษฐานได้ว่าพวกเขาจะกลายเป็นโหมดหลักของการขนส่งในเมืองในอนาคตอันใกล้