22 años de personalización de baterías
APR 08, 2020 Pageview：423
Inventado por primera vez en la década de 1970 y luego fabricado comercialmente por Sony en el año 1991, las baterías de iones de litio se utilizan ahora en aviones, teléfonos móviles y automóviles. En este artículo, analizaremos la construcción y el funcionamiento de baterías de iones de litio integradas.
¿Cómo se construye una batería de iones de litio?
Sony produjo la primera batería recargable de iones de litio basada en el concepto de potencial electroquímico. El litio, que tiene la mayor tendencia a perder electrones, se usa en baterías de iones de litio. El litio tiene solo un electrón en su capa, por esta razón, siempre quiere perder ese electrón. El litio puro es un metal muy reactivo. Sin embargo, reaccionará con el aire y el agua.
El truco para fabricar baterías de iones de litio es que el litio más puro es un metal activo. Sin embargo, cuando el litio forma parte de un óxido metálico, es muy estable. Supongamos que de alguna manera separamos los átomos de litio del óxido metálico. Este átomo de litio es extremadamente inestable y formará inmediatamente iones y electrones de litio. Sin embargo, el litio como parte del óxido metálico es mucho más estable que eso. Si se pueden proporcionar dos caminos diferentes para el flujo de iones de litio y electrones entre el litio y los óxidos metálicos, los átomos de litio alcanzarán automáticamente el segmento de óxido metálico. En este proceso, generamos electricidad a partir del flujo de electrones a través de un camino. De esta discusión está claro que si primero separamos los átomos de litio del óxido de metal de litio y luego dirigimos los electrones errantes de estos átomos de litio a través de un circuito externo, podemos obtener del óxido de metal de litio generar electricidad.
En las baterías reales, los óxidos de grafito y metal están cubiertos con placas de cobre y aluminio. Aquí puede quitar fácilmente las hojas como colector de corriente y los conectores positivo y negativo del colector de corriente. La sal de litio actúa como un electrolito y se recubre sobre un separador. Las tres hojas están envueltas en un cilindro alrededor de un núcleo de acero central, lo que hace que la batería sea más compacta.
¿Qué material necesitas para construir una batería de iones de litio?
Materiales del cátodo
Los materiales más comunes que se pueden usar como cátodos para baterías de iones de litio incluyen óxido de cobalto de litio, óxido de manganeso de litio, óxidos de vanadio y óxidos de litio recargables. Los óxidos de once a doce capas que contienen níquel y cobalto son los materiales más utilizados para las baterías de iones de litio. Mantienen una alta estabilidad en el rango de alto voltaje, pero el cobalto en la naturaleza tiene una disponibilidad muy baja y es tóxico, lo que es un gran inconveniente para la fabricación en masa. El manganeso proporciona excelentes capacidades de velocidad y una sustitución de bajo costo con un alto umbral térmico pero un comportamiento cíclico restringido. Por lo tanto, las mezclas de cobalto, níquel y manganeso se utilizan comúnmente para combinar las mejores características y minimizar los inconvenientes.
Materiales del ánodo
Los materiales de ánodo comunes para las baterías de iones de litio son grafito, litio, materiales de aleación de litio y silicio. Se sabe que el litio es un material muy sencillo, pero presenta problemas con el crecimiento dendrítico y el comportamiento cíclico, lo que conduce a cortocircuitos. Se han realizado muchos esfuerzos con diversas variedades de grafito para aumentar la capacidad, pero han tenido el costo de los altos precios de procesamiento. El silicio tiene una capacidad tremendamente alta de aproximadamente 4.199 mAh / g, pero muestra un comportamiento cíclico deficiente y una disminución de la capacidad que aún no se comprende.
Electrolitos
Una batería segura y de larga duración necesita un electrolito vigoroso que pueda resistir el voltaje existente y las altas temperaturas y también tiene una vida útil prolongada al tiempo que proporciona una alta movilidad para los iones de litio. Los tipos incluyen electrolitos poliméricos, líquidos y de estado sólido. La mayoría de los electrolitos líquidos son electrolitos orgánicos y a base de solventes que contienen LiPF6, LiBC4O8 (LiBOB) o similar. Su inflamabilidad es lo más importante a considerar. Por lo tanto, la explosión o ventilación de la celda y, por lo tanto, la batería representan un peligro.
Separadores
El separador separa físicamente los dos electrodos entre sí, evitando así un cortocircuito. En el caso del electrolito líquido, el separador funciona como un material de espuma que se empapa con el electrolito y lo mantiene en su lugar.
¿Cómo funcionan los componentes de la batería de iones de litio?
Las prácticas baterías de iones de litio utilizan electrolitos y grafito. El grafito tiene una estructura en capas y estas capas están unidas de manera flexible para que los iones de litio separados se puedan almacenar fácilmente aquí. El electrolito entre el grafito y el óxido metálico actúa como protección, permitiendo que solo entren iones de litio.
Ahora veamos qué sucede cuando se conecta la energía con esta configuración. El electrodo positivo de la fuente de energía obviamente atrae y elimina electrones de los átomos de litio del óxido metálico. Estos electrones fluyen a través de circuitos externos porque no pueden fluir a través del electrolito y alcanzar la capa de grafito. Al mismo tiempo, los iones de litio cargados positivamente serán atraídos hacia el terminal negativo y fluirán a través del electrolito. Los iones de litio también alcanzaron el espacio de la capa de grafito y quedaron atrapados allí. Cuando todos los átomos de litio golpean los copos de tóner, los blísters están completamente cargados. Por lo tanto, logramos nuestro primer objetivo: iones de litio y electrones separados por óxidos metálicos.
Como hemos comentado, esta es una situación inestable a la hora de escalar una montaña. Después de desconectar la fuente de alimentación y conectar la carga, debido al voltaje, los iones de litio esperan volver a su estado estable como parte del metal, los iones de litio se mueven a través del electrolito y el electrolito lo carga como si se deslizara por una colina. . De esta forma podemos suministrar energía a través de la carga.
Tenga en cuenta que el grafito no tiene ningún papel en la reacción química de las baterías de iones de litio. El grafito es solo un medio de almacenamiento de iones de litio. Si la temperatura interna de la batería aumenta debido a condiciones anormales, el electrolito líquido se secará y se producirá un cortocircuito entre el ánodo y el cátodo, lo que podría provocar un incendio o una explosión. Para evitar esto, se coloca una capa aislante llamada separador entre los electrodos. El separador es permeable a los iones de litio debido a su pequeña porosidad.
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