Clasificación das baterías de iones de litio dende a perspectiva dos materiais

(Clasificación das baterías de iones de litio dende a perspectiva dos materiais)

Do mesmo xeito que as baterías a base de chumbo e níquel, os ións de litio usan un electrodo positivo (cátodo), un electrodo negativo (ánodo) e un electrólito como condutor. O fío positivo é un óxido metálico e o electrodo negativo está composto por grafito poroso. Durante a descarga, os ións de litio móvense do electrodo negativo ao positivo a través do electrólito e do separador; durante a carga, os ións de litio flúen dende o electrodo positivo ata o negativo en direccións opostas.

 

Cando a batería está cargada e descargada, o Li+ pasa entre os electrodos positivo e negativo, durante a descarga, o ánodo oxidase, perde electróns e o cátodo redúcese para obter partículas; ao cargar, a carga móvese na dirección oposta.

 

Hai moitos tipos de baterías de ión-litio, dependendo do material do electrodo. Pero cando elixes diferentes materiais, o rendemento da batería variará moito.

 

Todos os materiais dos electrodos positivos conteñen Li+. Óxido de cobalto de litio común (óxido de cobalto de litio), óxido de manganeso de litio (tamén coñecido como espinela ou manganato de litio), fosfato de ferro de litio, material ternario de níquel cobalto manganeso (NMC) [3] e óxido de aluminio de níquel cobalto de litio (NCA). Todos estes materiais teñen un límite de enerxía superior teórico (o ión-litio ten unha capacidade teórica duns 2000 kWh, que é máis de dez veces a enerxía específica dunha batería comercial de ión-litio).

 

A batería de ión-litio orixinal de Sony usa coque (un produto de carbón) como material de electrodo prexudicial. Desde 1997, a maioría dos fabricantes de baterías de ión-litio, incluíndo Sony, converteron os materiais do ánodo en grafito, o que resulta nunha curva de descarga plana. O grafito é unha forma de carbono que se usa nos lapis. Pode almacenar ben ións de litio durante a carga e ten un ciclo longo e unha excelente estabilidade. Dos materiais de carbono, o grafito é o máis común, seguido do carbono duro e do carbono brando. Outros carbonos, como os nanotubos de carbono, aínda non atoparon o seu uso comercial. A seguinte figura compara as curvas de descarga de voltaxe dunha batería de ión-litio moderna con grafito como electrodo negativo e unha batería de ión-litio cun electrodo negativo de coque antigo.

 

No intervalo de descarga de funcionamento normal, a batería debería ter unha curva de tensión plana, que é mellor que a coque anterior.

 

Os materiais ánodos tamén están a evolucionar e os investigadores experimentan continuamente con novos materiais, incluíndo aliaxes a base de silicio. Nesta aliaxe, seis átomos de carbono están unidos a un ión de litio, e un átomo de silicio pode unir catro ións de litio. Isto significa que o electrodo de silicio negativo pode teoricamente almacenar dez veces a enerxía do material de grafito. Na actualidade, os materiais de silicio aumentaron entre un 20% e un 30% na súa capacidade específica ao custo de reducir o potencial de carga e a vida útil do ciclo. Non obstante, o problema é que durante o proceso de carga, os ións de litio son facilmente expandidos en volume despois de ser incorporados no material a base de silicio (crecendo a máis de catro veces o tamaño inicial).

 

O sal de titanato de litio nanoestruturado ten un bo ciclo de vida e capacidade de carga, un excelente rendemento a baixas temperaturas e un rendemento de seguridade funcional como material de electrodo prexudicial. Aínda así, a súa función específica é baixa e o custo é elevado.

(Clasificación das baterías de iones de litio dende a perspectiva dos materiais)