Как се появяват химичните реакции в Li - върху батерията?

Литиево-йонните (Li-On) батерии са се превърнали в крайъгълен камък на съвременните решения за съхранение на енергия, захранвайки всичко-от смартфони и лаптопи до електрически превозни средства и мащабни системи за съхранение на енергия. Като водещ доставчик на батерия Li-On, често ме питат за сложните химични реакции, които се проявяват в тези батерии. В тази публикация в блога ще се задълбоча в науката зад батериите Li-On, обяснявайки как химичните реакции позволяват съхранение и освобождаване на електрическата енергия.

Основната структура на Li-on Battery

Преди да се потопим в химичните реакции, нека първо да разберем основната структура на Li-on Battery. Типичната Li-on батерия се състои от три основни компонента: катод, анод и електролит.

Катодът обикновено е изработен от литиев метален оксид, като литиев кобалтов оксид (Licoo₂), литиев манганов оксид (Lim₂o₄) или литиев железен фосфат (Lifepo₄). Анодът обикновено е изработен от графит, форма на въглерод. Електролитът е литиева сол, разтворена в органичен разтворител, което позволява на литиевите йони да се движат между катода и анода.

Процесът на зареждане

Когато се зарежда Li-on Battery, външен източник на захранване прилага напрежение през батерията, причинявайки поток от електрони от катода към анода през външната верига. В същото време литиевите йони се отделят от катода и мигрират през електролита към анода.

Нека разгледаме по -отблизо химичните реакции, които се появяват в катода и анода по време на процеса на зареждане.

Катодна реакция

В катода литиевият метален оксид освобождава литиеви йони и електрони. Например, в литиев кобалтовия оксид катод възниква следната реакция:
Licoo₂ → li₁₋ₓcoo₂ + xli⁺ + кола⁻
Тази реакция показва, че тъй като батерията се зарежда, литиевите йони (Li⁺) се екстрахират от структурата на литиевия кобалт оксид, оставяйки след себе си съединение с по -ниско съдържание на литий (Li₁₋ₓcoo₂). Електроните (E⁻) се отделят във външната верига и текат към анода.

Анодна реакция

При анода литиевите йони, които са мигрирали през електролита, се интеркалират в графитната структура. Реакцията може да бъде представена по следния начин:
Xli⁺ + xe⁻ + c₆ → liₓc₆
При тази реакция литиевите йони се комбинират с електроните от външната верига и се вкарват между слоевете графит, образувайки литиево-въглеродно съединение (Liₓc₆).

Процесът на изхвърляне

Когато Li-on Battery се изхвърля, съхраняваната енергия се отделя като електрически ток. Потокът на електрони е обърнат в сравнение с процеса на зареждане, като електроните текат от анода към катода през външната верига. В същото време литиевите йони се преместват от анода обратно към катода през електролита.

Анодна реакция

По време на изпускане литиевите йони се деинтеркалират от графитната структура при анода. Реакцията е обратната страна на реакцията на заряда:
Liₓc₆ → xli⁺ + car⁻ + c₆
Тази реакция освобождава литиеви йони и електрони. Литиевите йони мигрират през електролита към катода, докато електроните текат през външната верига, за да захранват устройството.

Катодна реакция

При катода литиевите йони и електрони се рекомбинират с литиевия метален оксид. Например, в литиев кобалтовия оксид катод реакцията е:
Li₁₋ₓcoo₂ + xli⁺ + xe⁻ → licoo₂
Тази реакция възстановява оригиналната структура на литиевия кобалт оксид, завършвайки процеса на изхвърляне.

Ролята на електролита

Електролитът играе решаваща роля в работата на Li-on Battery. Той осигурява среда за транспортиране на литиеви йони между катода и анода. Електролитът трябва да има висока йонна проводимост, за да позволи ефективен транспорт на йони, както и добра химическа и електрохимична стабилност, за да се предотвратят страничните реакции и разграждането.

В допълнение към улесняването на йонния транспорт, електролитът също така помага за поддържане на електрическата неутралност на батерията. Тъй като литиевите йони се движат между катода и анода, електролитът гарантира, че общият баланс на заряда се поддържа.

Фактори, влияещи върху химичните реакции

Няколко фактора могат да повлияят на химичните реакции в Li-on батерия, включително температура, скорост на зареждане и изпускане и състоянието на заряда.

• Температура: Скоростта на химичните реакции обикновено се увеличава с температурата. Въпреки това, високите температури могат също да ускорят страничните реакции и процесите на разграждане, което води до намален живот на батерията и производителността. От друга страна, ниските температури могат да забавят транспорта на йони и да увеличат вътрешното съпротивление на батерията, което води до намален мощност.
• Скорост на зареждане и изхвърляне: Бързото зареждане и изхвърляне може да постави стрес върху батерията и да доведе до повишено генериране на топлина и странични реакции. Високите скорости на зареждане и изпускане също могат да причинят литиево покритие на анода, което може да намали капацитета и безопасността на батерията.
• Състояние на такса: Състоянието на заряд (SOC) на батерията се отнася до количеството енергия, съхранявано в батерията спрямо максималния му капацитет. Превишаването или задълбочаването на батерията може да причини необратими повреди на електродни материали и да намали живота на батерията.

Нашите продукти за батерия Li-On

Като доставчик на батерии Li-On ние предлагаме гама от висококачествени продукти за батерии, за да отговорим на разнообразните нужди на нашите клиенти. НашитеВисоко напрежение 6.3kwh Li-on Battery Pack,Високо напрежение 5.8kwh Li-on Battery PackиВисоко напрежение 4.6kWh Li-on Battery Packса проектирани да осигуряват надеждни и ефективни решения за съхранение на енергия за различни приложения.

Тези батерии са изградени с усъвършенствана литиево-йонна технология, предлагаща висока енергийна плътност, дълъг живот на цикъла и отлични характеристики на безопасността. Независимо дали имате нужда от батерия за съхранение на енергия, търговски приложения или електрически превозни средства, нашите продукти могат да отговарят на вашите изисквания.

Заключение

Химичните реакции в Li-on Battery са ключът към способността му да съхранява и освобождава електрическа енергия. Разбирането на тези реакции е от съществено значение за оптимизиране на производителността на батерията, подобряване на живота на батерията и гарантиране на безопасността на батерията. Като доставчик на батерии Li-On ние се ангажираме да предоставим на нашите клиенти висококачествени продукти за батерии, които се основават на най-новите научни изследвания и технологичен напредък.

Ако се интересувате да научите повече за нашите продукти на батерията Li-On или имате въпроси относно технологията на батерията, моля не се колебайте да се свържете с нас за консултация по покупка. Очакваме с нетърпение да работим с вас, за да отговорим на вашите нужди за съхранение на енергия.

ЛИТЕРАТУРА

• Tarascon, J.-M., & Armand, M. (2001). Проблеми и предизвикателства, пред които са изправени презареждащите се литиеви батерии. Природа, 414 (6861), 359-367.
• Goodenough, JB, & Kim, Y. (2010). Предизвикателства за акумулаторни батерии LI. Химия на материалите, 22 (3), 587-603.
• Zhang, J.-G., & Xu, K. (2018). Напредък в електролитите на литиевата батерия. Химически прегледи, 118 (10), 5433-5467.