Pin Li-ion
nội dung
Pin lithium ion hoặc pin lithium ion là một loại pin lithium
Các công nghệ mới nổi dành cho di động điện tử
Điện thoại thông minh, máy ảnh trên máy bay, máy bay không người lái, công cụ điện, xe máy điện, xe tay ga ... pin lithium có mặt ở khắp nơi trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta ngày nay và đã tạo ra một cuộc cách mạng trong nhiều mục đích sử dụng. Nhưng chúng thực sự mang lại những gì và chúng vẫn có thể phát triển?
Câu chuyện
Vào những năm 1970, pin lithium-ion được Stanley Whittingham giới thiệu. Tác phẩm sau này sẽ được tiếp tục bởi John B. Goodenough và Akiro Yoshino vào năm 1986. Mãi đến năm 1991, Sony mới tung ra thị trường loại pin đầu tiên và bắt đầu một cuộc cách mạng công nghệ. Năm 2019, ba nhà đồng sáng chế đã được trao giải Nobel Hóa học.
Nó hoạt động như thế nào?
Pin lithium-ion thực chất là một gói gồm một số tế bào lithium-ion có chức năng lưu trữ và trả lại năng lượng điện. Pin hoạt động dựa trên ba thành phần chính: điện cực dương gọi là cực âm, điện cực âm gọi là cực dương và chất điện phân, dung dịch dẫn điện.
Khi pin phóng điện, cực dương phát ra các êlectron qua chất điện phân đến cực âm, các ion dương này sẽ trao đổi các ion dương. Chuyển động thay đổi trong khi sạc.
Do đó, nguyên tắc hoạt động vẫn giống như đối với pin "chì", chỉ khác là ở đây chì và oxit chì của các điện cực được thay thế bằng cực âm oxit coban, bao gồm một ít hoa huệ và một cực dương bằng than chì. Tương tự như vậy, axit sunfuric hoặc nồi cách thủy sẽ nhường chỗ cho chất điện phân gồm các muối liti.
Chất điện phân được sử dụng ngày nay ở dạng lỏng, nhưng nghiên cứu đang hướng tới chất điện phân rắn, an toàn hơn và bền hơn.
Lợi thế
Tại sao pin lithium-ion lại thay thế các loại pin khác trong 20 năm qua?
Đáp án đơn giản. Loại pin này cung cấp mật độ năng lượng tuyệt vời và do đó cung cấp cùng hiệu suất để tiết kiệm trọng lượng so với chì, niken ...
Các loại pin này cũng có khả năng tự xả tương đối thấp (tối đa 10% mỗi tháng), không cần bảo trì và không có hiệu ứng bộ nhớ.
Cuối cùng, nếu chúng đắt hơn các công nghệ pin cũ, chúng sẽ rẻ hơn lithium polymer (Li-Po) và vẫn hiệu quả hơn lithium phosphate (LiFePO4).
Hạn chế
Tuy nhiên, pin lithium-ion không lý tưởng và đặc biệt, có nhiều tế bào bị hư hại hơn nếu được xả hết. Vì vậy, để chúng không bị hao hụt tài sản quá nhanh, tốt hơn hết bạn nên nạp chúng mà không cần đợi chúng xẹp dần.
Trước hết, pin có thể gây ra những rủi ro nghiêm trọng về an toàn. Khi pin bị quá tải hoặc giảm xuống dưới -5 ° C, lithium sẽ đông đặc lại qua các đuôi gai từ mỗi điện cực. Khi cực dương và cực âm được nối với nhau bằng đuôi gai của chúng, pin có thể bắt lửa và phát nổ. Nhiều trường hợp đã được báo cáo với Nokia, Fujitsu-Siemens hoặc Samsung, cháy nổ cũng xảy ra trên máy bay, vì vậy ngày nay người ta cấm mang theo pin lithium-ion và lên máy bay thường bị hạn chế về nguồn điện (cấm ở trên 160 Wh và tùy thuộc vào mức cho phép từ 100 đến 160 Wh).
Vì vậy, để chống lại hiện tượng này, các nhà sản xuất đã triển khai hệ thống điều khiển điện tử (BMS) có khả năng đo nhiệt độ pin, điều chỉnh điện áp và đóng vai trò như bộ ngắt mạch trong trường hợp bất thường. Chất điện phân rắn hoặc gel polyme cũng là những quan điểm được khám phá để giải quyết vấn đề.
Ngoài ra, để tránh tình trạng quá nóng, quá trình sạc pin bị chậm lại trên 20 phần trăm cuối cùng, vì vậy thời gian sạc thường chỉ được quảng cáo ở mức 80% ...
Tuy nhiên, một loại pin lithium-ion có tính thực dụng cao để sử dụng hàng ngày có tác động sâu sắc đến môi trường, trước tiên bằng cách chiết xuất lithium, vốn cần một lượng nước ngọt thiên văn, và sau đó tái chế khi hết tuổi thọ. Tuy nhiên, việc tái chế hoặc tái sử dụng đang tăng lên qua từng năm.
Tương lai của ion liti là gì?
Khi nghiên cứu ngày càng hướng tới các công nghệ thay thế ít gây ô nhiễm hơn, bền hơn, sản xuất rẻ hơn hoặc an toàn hơn, thì pin lithium-ion đã đạt đến tiềm năng của nó chưa?
Pin lithium-ion, đã hoạt động trên quy mô công nghiệp trong ba thập kỷ, vẫn chưa có lời cuối cùng và các phát triển tiếp tục cải thiện mật độ năng lượng, tốc độ sạc hoặc độ an toàn. Chúng ta đã thấy điều này trong những năm qua, đặc biệt là trong lĩnh vực xe hai bánh có động cơ, nơi mà xe tay ga chỉ tồn tại khoảng 5 km cách đây 200 năm, một số xe máy hiện đã vượt quá XNUMX điểm.
Những hứa hẹn về một cuộc cách mạng cũng là những binh đoàn như điện cực carbon Nawa, pin có thể gập lại Jenax, nhiệt độ hoạt động 105 ° C trong NGK ...
Thật không may, nghiên cứu thường phải đối mặt với thực tế khắc nghiệt về lợi nhuận và các mệnh lệnh công nghiệp. Trong khi chờ đợi sự phát triển của công nghệ thay thế, đặc biệt là lithium-air được dự đoán trước, vẫn có một tương lai tươi sáng ở phía trước, đặc biệt là trong thế giới xe hai bánh chạy điện, nơi mà trọng lượng và giảm dấu chân là những tiêu chí quan trọng.
