Explique cómo los compuestos de litio y cobalto producen electricidad en una batería

La mayoría de las baterías de iones de litio diseñadas para aplicaciones portátiles como teléfonos inteligentes están basadas en cobalto. El sistema incluye un electrodo positivo de óxido de cobalto y un electrodo negativo de carbono de grafito.

El cobalto es un material brillante, duro y gris plateado, que es un subproducto de la extracción de cobre y níquel. Se utiliza como material de cátodo en las baterías de iones de litio, pero también se utiliza para crear muchas otras cosas. Si tiene curiosidad por conocer el papel del cobalto en la batería de litio, ha venido al lugar correcto. Aquí, lo ayudamos a comprender el papel del cobalto en la batería de litio y cómo funciona la batería.

Comprensión del papel del cobalto en la batería de litio

Una batería de iones de litio recargable contiene dos electrodos, que están sumergidos en una solución de electrolito y divididos por una membrana de polímero permeable. Cuando la batería está en modo de carga, los iones de litio se mueven desde el cátodo + ve al ánodo -ve a través de la membrana de polímero. Cuando la batería está en modo de descarga, los iones de litio regresan del ánodo al cátodo. En el procedimiento, los electrones se envían a una aplicación electrónica y la alimentan en el procedimiento.

Además, el grafito de carbono es un material de ánodo habitual en estas baterías porque tiene una estructura en capas que puede proporcionar soporte y almacenar los pequeños iones de litio entre las capas. Como el voltaje de funcionamiento de la batería depende de la diferencia en el potencial electroquímico entre el ánodo y el cátodo, el cátodo no puede ser de grafito y la mayoría de las características de rendimiento de la batería dependen del material del cátodo.

El cátodo almacena los iones de litio a través de la intercalación electroquímica, una cadena mediante la cual los iones de litio se extraen o se colocan en ubicaciones de celosía o posiciones dentro de la estructura del material del cátodo. Entre los materiales básicos del cátodo se encuentra el Li-CO-O2 (óxido de litio-cobalto). Cuando la batería diseñada con estos materiales está en modo de carga, los iones de litio se extraen del óxido y luego se colocan en un electrodo de grafito. En el modo de descarga, tiene lugar la acción inversa.

Cuando los iones de litio se eliminan del óxido en el cátodo, posee una carga positiva y es entonces cuando entra el papel del cobalto. El cobalto es responsable de alterar su estado de oxidación y el óxido permanece eléctricamente en modo neutro. Le sorprenderá saber que el cobalto en pequeñas cantidades cambia su estado de oxidación de tres a cuatro para compensar la exclusión del ion-litio.

El óxido de litio-cobalto es un compuesto de intercalación con el cobalto, el litio y el oxígeno dispuestos en capas bidimensionales: una capa de litio, después una capa de oxígeno y una capa de cobalto, una capa de oxígeno diferente y una capa de litio diferente. capa. Y en un compuesto de intercalación, el litio se puede eliminar y la estructura básica debe permanecer sin modificar. ¿Y si la estructura se mueve? Se vuelve muy difícil volver a colocar el litio.

Lo interesante es que una estructura mejorada con cobalto puede soportar la erradicación de aproximadamente el 60% del litio antes de que comience a cambiar.

¿Cómo funcionan las baterías de litio?

Al igual que cualquier otra tecnología de batería, una batería de iones de litio recargable contiene uno o más compartimentos de generación de energía llamados celdas. Además, cada celda contiene los tres componentes principales:

· Un electrodo positivo - conectado al terminal + ve de la batería.

· Un electrodo negativo - conectado al terminal -ve de la batería.

· Una sustancia química: un electrolito entre ellos.

El electrodo positivo generalmente está hecho de un compuesto químico, óxido de litio y cobalto o, en una batería nueva, de fosfato de hierro y litio. El electrodo negativo está hecho de carbono. Bueno, todas las baterías de iones de litio se usan de la misma manera. Cuando la batería está en modo de carga, el óxido de litio-cobalto y el electrodo permanecen allí. La batería almacena la energía durante el procedimiento. Cuando la batería está en modo de descarga, los iones de litio regresan a través del electrolito al electrodo + ve y producen la energía que alimenta la batería. El movimiento de los iones (a través del electrolito) y el movimiento de los electrones (alrededor del circuito externo) son procesos interconectados.

Si alguno de los procesos se detiene, otros también se detendrán. Si los iones dejan de moverse a través del electrolito ya que la batería se descarga por completo, los electrones tampoco pueden moverse a través del circuito externo y, por lo tanto, perderá su energía.

Le alegrará saber que las baterías de iones de litio vienen con controladores electrónicos integrados, que regulan la forma en que se descargan y cargan para evitar el sobrecalentamiento y la sobrecarga que pueden hacer que las baterías exploten en determinadas circunstancias.

¿Qué componentes hacen una batería de iones de litio?

Como dijimos anteriormente, hay tres componentes principales que hacen una batería de iones de litio y esos son cátodo, ánodo y electrolito. Además de tres, hay un componente más importante de las baterías de iones de litio y se conoce como Separador.

· Cátodo: determina el voltaje y la capacidad de la batería de iones de litio. La batería produce la electricidad a través de reacciones químicas del litio y es por eso que el litio se coloca en la batería y ese espacio para el litio se llama cátodo.

· Ánodo: envía electrones a través de un cable. Al igual que el cátodo, su sustrato está recubierto con material activo. El material activo del ánodo cumple la función de permitir que la corriente eléctrica fluya a través del circuito exterior.

· Ele ctrolyte: permite el movimiento de los iones únicamente. Actúa como un medio que permite el movimiento de solo iones de litio entre el ánodo y el cátodo. Está compuesto por solventes, aditivos y sales.

· Separador - es la barrera absoluta entre el ánodo y el cátodo. Mientras que el ánodo y el cátodo determinan el rendimiento de la batería, el separador y el electrolito determinan la seguridad de la batería. El separador actúa como una barrera física que mantiene separados el ánodo y el cátodo. Ayuda a prevenir el flujo directo de electrones y permite cuidadosamente el movimiento de los iones a través del orificio microscópico interno.

Esperamos que nuestra guía te haya ayudado a tener una idea básica sobre los componentes y el funcionamiento de las baterías de iones de litio.