Uainishaji wa Betri za Lithium-ion Kutoka kwa Mtazamo wa Nyenzo

(Uainishaji wa Betri za Lithium-ion Kutoka kwa Mtazamo wa Nyenzo)

Sawa na betri zenye risasi na zenye nikeli, ayoni za lithiamu hutumia elektrodi chanya (cathode), elektrodi hasi (anodi), na elektroliti kama kondakta. Waya chanya ni oksidi ya chuma, na electrode hasi inaundwa na grafiti ya porous. Wakati wa kutokwa, ioni za lithiamu huhamia kutoka kwa electrode hasi hadi electrode nzuri kupitia electrolyte na separator; wakati wa malipo, ioni za lithiamu hutiririka kutoka kwa elektrodi chanya hadi kwa elektroni hasi kwa mwelekeo tofauti.

 

Wakati betri inashtakiwa na kuruhusiwa, Li + hufunga kati ya electrodes chanya na hasi, wakati wa kutokwa, anode oxidizes, kupoteza elektroni, na cathode hupunguzwa ili kupata chembe; wakati wa malipo, malipo huenda kinyume.

 

Kuna aina nyingi za betri za lithiamu-ioni, kulingana na nyenzo za electrode. Lakini unapochagua vifaa tofauti, utendaji wa betri utatofautiana sana.

 

Vifaa vyema vya electrode vyote vina Li +. Oksidi ya kawaida ya lithiamu kobalti (oksidi ya kobalti ya lithiamu), oksidi ya manganese ya lithiamu (pia inajulikana kama spinel au manganeti ya lithiamu), fosfati ya chuma ya lithiamu, nyenzo ya nikeli ya cobalt ya manganese ternary (NMC) [3] na nikeli ya lithiamu kobalti Oksidi ya alumini (NCA). Nyenzo hizi zote zina kikomo cha juu cha nishati ya kinadharia (lithium-ion ina uwezo wa kinadharia wa takriban 2000 kWh, ambayo ni zaidi ya mara kumi ya nishati maalum ya betri ya lithiamu-ioni ya kibiashara).

 

Betri ya awali ya lithiamu-ioni ya Sony hutumia coke (bidhaa ya makaa ya mawe) kama nyenzo hatari ya elektrodi. Tangu 1997, watengenezaji wengi wa betri za lithiamu-ioni, pamoja na Sony, wamebadilisha vifaa vya anode kuwa grafiti, na kusababisha safu ya kutokwa kwa gorofa. Graphite ni aina ya kaboni ambayo hutumiwa katika penseli. Inaweza kuhifadhi ioni za lithiamu vizuri wakati wa malipo na ina mzunguko mrefu na utulivu bora. Kati ya nyenzo za kaboni, grafiti ndiyo ya kawaida zaidi, ikifuatiwa na kaboni ngumu na kaboni laini. Kaboni zingine, kama vile nanotube za kaboni, bado hazijapata matumizi yao ya kibiashara. Kielelezo kilicho hapa chini kinalinganisha mikondo ya kutokwa kwa volteji ya betri ya kisasa ya lithiamu-ioni na grafiti kama elektrodi hasi na betri ya lithiamu-ioni yenye elektrodi hasi ya coke kuukuu.

 

Katika safu ya kawaida ya kutokwa kwa uendeshaji, betri inapaswa kuwa na curve ya gorofa ya voltage, ambayo ni bora kuliko coke ya zamani.

 

Nyenzo za anode pia zinabadilika, na watafiti wanaendelea kujaribu vifaa vipya, pamoja na aloi za silicon. Katika aloi hii, atomi sita za kaboni huunganishwa kwa lithiamu-ioni moja, na atomi moja ya silikoni inaweza kuunganisha ioni nne za lithiamu. Hii ina maana kwamba elektrodi hasi ya silicon inaweza kinadharia kuhifadhi mara kumi ya nishati ya nyenzo za grafiti. Kwa sasa, vifaa vya silicon vimeongezeka kwa 20% -30% katika uwezo maalum kwa gharama ya kupunguza uwezo wa mzigo na maisha ya mzunguko. Hata hivyo, tatizo ni kwamba wakati wa mchakato wa malipo, ioni za lithiamu hupanuliwa kwa urahisi kwa kiasi baada ya kuingizwa kwenye nyenzo za msingi za silicon (kuongezeka kwa zaidi ya mara nne ya ukubwa wa awali).

 

Chumvi ya lithiamu titanati ya nano ina maisha mazuri ya mzunguko na uwezo wa kubeba, utendakazi bora wa halijoto ya chini, na utendaji kazi wa usalama kama nyenzo hatari ya elektrodi. Bado, kazi yake maalum ni ya chini, na gharama ni kubwa.

(Uainishaji wa Betri za Lithium-ion Kutoka kwa Mtazamo wa Nyenzo)