Jak działają baterie litowe: proste wyjaśnienie

Jeśli kiedykolwiek zastanawiałeś się, dlaczego w smartfonach i samochodach elektrycznych stosuje się baterie litowo-jonowe, odpowiedź leży w ich niesamowitej gęstości energii.

Główna idea: Przenoszenie litu = magazynowanie energii

Wyobraź sobie akumulator jako system składający się z dwóch oddzielnych zbiorników z „cząsteczkami energii” (jonami litu).ŁadowaniePrzemieszcza cząsteczki z jednego zbiornika do drugiego, gromadząc energię.Rozładowywaniepozwala im wrócić i uwolnić energię, która zasila Twoje urządzenie.

Główne komponenty:

1. Anoda (elektroda ujemna):Zwykle wykonane zgrafit(węgiel). To jest „zbiornik”, w którym gromadzone są jony litu podczas ładowania akumulatora.

2. Katoda (elektroda dodatnia):Wykonany z tlenku litowo-metalicznego (takiego jak tlenek litowo-kobaltowy lub fosforan litowo-żelazowy). To jest drugi „zbiornik”.

3. Jaką rolę pełni elektrolit w akumulatorze litowo-jonowym?:Ciecz lub żel znajdujący się pomiędzy anodą a katodą. Umożliwiajony lituaby się przez to przecisnąć, ale blokujeelektrony(to jest klucz!).

4. Separator:Porowata membrana wewnątrz elektrolitu, która zapobiega stykaniu się anody i katody (co mogłoby spowodować zwarcie).

5. Obwód zewnętrzny:Przewód lub ścieżka łącząca anodę i katodę na zewnątrz akumulatora. To tutajelektronyprzepływ, aby zasilić Twoje urządzenie.

Jak to działa: Cykl

1. ROZŁADOWYWANIE (Używanie akumulatora)

Włączając urządzenie, zamykasz obwód i spontanicznie rozpoczyna się reakcja chemiczna.

• Podróże jonami litu:Jony litu przechowywane wanoda grafitowaodłączyć i przepłynąć przezelektrolitdokatoda.

• Elektrony wybierają malowniczą trasę:Z każdym poruszającym się jonem z anody uwalniany jest elektron. Elektrolit blokuje elektrony, więc są one zmuszone do przyjęciaobwód zewnętrzny(przez komponenty telefonu), aby dotrzeć do katody. Ten przepływ elektronówto jest elektryczność, zasilanie urządzenia.

• Zjazd:Na katodzie elektrony i jony litu łączą się ponownie i wnikają w materiał katody.

• 

Podsumowanie wypisu:
Anoda (Grafit + Li)→Elektrony (urządzenie zasilające) + Li⁺ (przez elektrolit)→Katoda (Li rekombinuje)
Uwalniana jest energia.

2. ŁADOWANIE (podłączanie)

Podłączenie powoduje zadziałanie zewnętrznej siły elektrycznej, która powoduje odwrócenie układu.

• Zewnętrzna moc wypycha elektrony:Ładowarka wymusza przepływ elektronówz powrotemod katody do anody.

• Jony litu Obserwuj:Powoduje to wypłukanie jonów litu z materiału katody i zmusza je do powrotu przez elektrolit do anody.

• Składowanie:Jony ponownie wbudowują się w strukturę grafitową anody, przygotowując się do kolejnego cyklu rozładowania.

Podsumowanie opłat:
Katoda (Li)→Li⁺ (przepływ przez elektrolit za pomocą ładowarki)→Anoda (Grafit + Li)
Energia jest magazynowana.

Prosta analogia: koło wodne i wiadra

Wyobraź sobie koło wodne napędzające młyn:

• Stan oskarżony:Cała woda (jony litu) znajduje się wgórne wiadro (anoda). To przedstawia zmagazynowaną energię.

• Rozładowywanie:Otwierasz bramę. Woda spływa z górnego wiadra przezkoło wodne (Twoje urządzenie), dodolne wiadro (katoda). Koło wodne obraca się i działa.

• Ładowanie:Za pomocą pompy (ładowarki) przepompowujesz wodę z dolnego wiadra z powrotem do górnego, ponownie gromadząc energię.