iónová lítiová batéria

iónová lítiová batéria sa stala nepostrádateľnou súčasťou širokej škály zariadení a vozidiel od notebookov a mobilných telefónov až po hybridné a elektrické autá. Ich výhody siahajú od vysokej energetickej hustoty, možnosti dobíjania a nízkej hmotnosti (až o 70% ľahšie ako olovené batérie); zvýšenej bezpečnosti bez produkcie toxických vedľajších produktov ako olovené batérie; navyše neprodukujú toxické vedľajšie produkty ako olovené batérie; preto ich výrobcovia neúnavne pracujú na vývoji lepších materiálov katódy/anódy, pevných elektrolytov, ktoré zabezpečujú vysokú kapacitu batérií pre bezpečné používanie v batériách - len aby si zachovali tieto výhody!

Medzi nedávne inovácie patrí iónová lítiová batéria, ktorá ako elektrolyt využíva poly(iónovú kvapalinu) namiesto prchavých organických rozpúšťadiel, ako je kobalt v súčasných LIB ako materiál elektrolytu. Tento revolučný vývoj sľubuje vyššiu hustotu energie pri nižších nákladoch a zníženú závislosť od drahých a problematických kovov, ako je kobalt, ktoré sa nachádzajú v dnešných LIB.

iónové lítiové batérie sa skladajú z anódy, katódy, separátora a elektrolytu; anóda uchováva ióny lítia, zatiaľ čo katóda slúži ako priestor na ukladanie elektrónov, zatiaľ čo separátor blokuje tok elektrónov v batérii. Nakoniec elektrolyt prenáša kladne nabité ióny lítia medzi anódou a katódou počas vybíjania a späť k anóde počas nabíjania prostredníctvom interkalačných/deinterkalačných procesov, ktoré prebiehajú súčasne - tento proces sa v technickej terminológii nazýva interkalácia/deinterkalácia.

Anóda, ktorá sa zvyčajne skladá z grafitového materiálu, sa kombinuje s katódou vyrobenou z nehorľavých sulfidov alebo nitridov kovov na ukladanie iónov lítia prostredníctvom interkalácie, pri ktorej sú fyzicky vložené medzi 2D vrstvy uhlíka, ktoré tvoria objemový grafit, na účely skladovania. Vybíjanie článku zahŕňa anódu, na ktorej prebieha oxidačná polovičná reakcia, pri ktorej sa uvoľňujú kladné ióny lítia a súčasne sa vytvárajú záporne nabité elektróny prostredníctvom vonkajšieho obvodu; počas vybíjania prebieha na anóde oxidačná polovičná reakcia, pri ktorej vznikajú kladné ióny lítia, zatiaľ čo záporne nabité elektróny sa prenášajú cez vonkajší obvod do katódy, kde prebieha redukčná polovičná reakcia a elektrický prúd preteká vonkajším obvodom.

Existuje mnoho druhov, napríklad 72 V lítium-iónová batéria, 12 V lítiová batéria 20 Ah, lítiová batéria 20 Ah. Oxidačno-redukčné reakcie musia prebiehať pri optimálnej teplote a podmienkach; inak by výrazné štrukturálne zmeny mohli výrazne znížiť kapacitu batérie a znížiť jej cyklickosť (miera toho, koľko nabití a vybití batéria zvládne, kým sa jej kapacita začne znižovať), čo by mohlo zvýšiť vnútorný tlak v článku a predstavovať bezpečnostné hrozby pre mobilné zariadenia, ako sú tablety a smartfóny.