Ce este o baterie cu litiu?

Bateriile cu litiu se găsesc în mod obișnuit în aparatele electronice de larg consum, cum ar fi telefoanele mobile și laptopurile, precum și în uneltele fără fir și vehiculele electrice. Printre avantajele lor se numără densitatea energetică ridicată și durata de viață lungă în comparație cu bateriile alcaline, precum și faptul că sunt în general mai sigure.

Aceste baterii au colectoare de curent pozitive și negative, o soluție electrolitică și un separator. Procesul lor de stocare a energiei implică intercalarea ionilor de litiu în solide conductoare de electroni prin intercalarea reversibilă a ionilor de litiu în materiale conductoare de electroni.

Bateriile litiu-ion sunt un tip de baterie reîncărcabilă

Bateriile litiu-ion sunt baterii reîncărcabile care utilizează ioni de litiu pentru a stoca energie și au devenit unul dintre cele mai utilizate tipuri. Probabil că veți întâlni baterii litiu-ion în aparate de uz casnic precum ceasuri deșteptătoare, lanterne, aparate de ras și telefoane fără fir; laptopurile și smartphone-urile le utilizează, de asemenea. Popularitatea lor imensă provine din densitatea energetică ridicată, care permite concentrarea unei cantități mai mari de energie în spații mai mici decât în cazul bateriilor tradiționale - și a permis bateriilor litiu-ion să devină mult mai compacte și portabile decât bateriile lor tradiționale.

Aceste baterii conțin doi electrozi cu un electrolit între ei. La descărcare, electrodul negativ eliberează electroni pe electrodul pozitiv, iar acești electroni sunt colectați de un circuit extern pentru captarea energiei, înainte de a fi stocați ca energie chimică în baterie prin procese cunoscute sub numele de intercalare sau dezintercalare.

În timpul încărcării, se întâmplă opusul: electronii de la un electrod se transferă la electrodul negativ prin intermediul conexiunilor pozitiv-pământ, producând ioni care se deplasează prin canalele electrolitului către lumea exterioară, unde pot fi colectați de colectori înainte de a fi reîncărcați din nou de electrodul pozitiv. Acest proces se repetă de fiecare dată când au loc cicluri de încărcare/descărcare.

Bateriile litiu-ion oferă multe avantaje față de alte baterii chimice, inclusiv costuri mai mici, densitate energetică mai mare și durate de viață mai lungi. În plus, bateriile litiu-ion sunt mai sigure decât cele plumb-acid și mai ecologice - dar prezintă în continuare riscuri de incendiu din cauza scurtcircuitării ușoare, precum și riscuri de fugă termică care ar putea cauza supraîncălzirea bateriei și eventual explozia acesteia.

Aceste baterii sunt disponibile în diferite forme pentru a se potrivi diferitelor dispozitive. Exemplele comune de baterii cu litiu includ dimensiunile cilindrice AAA, AA, C sau D, precum și formele personalizate utilizate de unele camere digitale și laptopuri. În plus, bateriile cu litiu se găsesc și în electrocasnice mici, jucării pentru copii, țigări electronice și chiar pot ajuta la alimentarea mașinilor electrice! Deși bateriile cu litiu pot fi uneori greu de identificat în raport cu alte tipuri de baterii, faptul că au cuvântul "litiu" imprimat undeva pe ele ajută la identificarea lor cu ușurință.

Au o densitate energetică ridicată

Bateriile cu litiu au o densitate energetică care le permite să stocheze energie pe volum sau masă, ceea ce le face mai mici, mai ușoare și capabile să furnizeze mai multă energie decât bateriile alcaline tradiționale. Durata lor de viață mai lungă le face, de asemenea, populare printre laptopuri, telefoane mobile, mașini hibride și vehicule electrice deopotrivă.

Densitatea energetică măsoară cantitatea de energie electrică stocată într-o baterie și este exprimată în watt-ore pe kilogram (Wh/kg). Aceasta nu trebuie confundată cu densitatea de putere, care măsoară cantitatea de energie care poate fi furnizată în timp; densitatea de putere este mai relevantă atunci când este vorba de dispozitive care necesită energie instantanee, cum ar fi luminile sau aparatele care necesită furnizarea imediată de energie.

Densitatea energetică a bateriilor cu litiu depinde de materialul ales pentru electrozii catodic și anodic, electrolit și alte componente auxiliare. Anozii trebuie să fie compuși din nemetale, cum ar fi carbonul, care pot interacționa chimic cu litiul, în timp ce catozii trebuie să fie compuși din metale capabile să accepte ioni de litiu în timpul proceselor de descărcare/încărcare. Acest lucru asigură fluxul ionilor de litiu între electrozi la viteze diferite în timpul ciclurilor de încărcare/descărcare.

Pe măsură ce bateria se descarcă, ionii negativi de litiu se deplasează de la anod la catod prin intermediul fluidului electrolit și se combină cu materialele catodice într-o semi-reacție de reducere internă, eliberând electroni care completează un circuit extern și produc lucru.

Litiul metalic este prea reactiv pentru a fi utilizat ca anod, dar poate fi intercalat în materiale catodice nemetalice pentru a forma ceea ce se numește un electrod de intercalare. Datorită nivelului ridicat de reactivitate al litiului, materialele anodice și catodice trebuie separate cu ajutorul unui electrolit polimer solid pentru a evita expunerea ionilor de litiu la apă, care s-ar descompune la tensiunea celulei și ar provoca scurtcircuite interne.

Bateriile litiu-ion oferă o densitate energetică ridicată, ceea ce le face versatile în utilizarea lor și mai sigure decât cele alcaline, care pot genera căldură excesivă sau se pot aprinde atunci când sunt supraîncărcate. În plus, bateriile litiu-ion durează de patru ori mai mult.

Ele pot fi reîncărcate rapid

Bateriile cu litiu oferă o densitate energetică mai mare decât bateriile alcaline și se reîncarcă mai rapid, ceea ce le face ideale pentru unelte electrice, dispozitive portabile, vehicule hibride și electrice etc. Cu toate acestea, longevitatea lor depinde de mai mulți factori, inclusiv de temperatură și de modul în care sunt încărcate - pentru a obține maximum de valoare de la bateria dvs. cu litiu, este esențial să utilizați un încărcător de înaltă calitate și să respectați cu strictețe instrucțiunile acestuia; de asemenea, încărcarea la temperatura camerei ajută la prevenirea îmbătrânirii premature a conținutului acesteia.

Bateriile litiu-ion sunt alcătuite din una sau mai multe celule echipate cu un anod, un catod, un separator și un electrolit; aceste elemente acționează împreună pentru a stoca ioni de litiu pozitivi, respectiv negativi. Atunci când un curent electric extern trece prin baterie, ionii de litiu se deplasează de la anod la catod prin electrolit și creează o diferență de potențial electric între electrozi care alimentează dispozitivele alimentate.

Durata de viață a bateriei depinde de multe variabile, cum ar fi temperatura și tiparele de utilizare. Numărul de cicluri și rezistența internă joacă, de asemenea, un rol important, dar sunt mai puțin cruciale. Deși mulți producători de dispozitive recomandă înlocuirea bateriilor după un anumit număr de cicluri (cunoscut ca număr de cicluri în limbaj științific), această abordare poate varia în profunzime (pentru mai multe detalii, consultați BU-501: Noțiuni de bază despre descărcare). Prin urmare, este mai bine să evaluați performanța în funcție de capacitate, ca o indicație a sănătății.

Încărcarea corectă a bateriei necesită atât curent constant (CC), cât și tensiune constantă (CV). O încărcare CC aduce bateria până la limita de tensiune țintă pe celulă; odată atinsă, încărcarea CV scade treptat curentul pentru a preveni supraîncărcarea care ar putea scurta durata de viață a bateriei și scurta durata de viață a acesteia. Încărcarea poate fi realizată utilizând fie un adaptor de curent alternativ, fie un încărcător de baterii dedicat; pentru rezultate optime, utilizați cel din urmă pentru rezultate optime în ceea ce privește evitarea îmbătrânirii premature a anodului și catozilor.

Ele sunt sigure

Bateriile cu litiu sunt formate dintr-un anod și un catod separate de un strat de electrolit, conectate de electronii care circulă între electrozi atunci când sunt puse sub tensiune. Atunci când are loc acest proces, electronii curg de-a lungul traseului lor între electrozi, producând curent electric și încălzind anodul; în același timp, catodul eliberează ioni de litiu care se deplasează înapoi spre el. Densitatea energetică depinde atât de cantitatea de litiu utilizată, cât și de tensiunea celulei; de exemplu, o baterie cu un nivel de încărcare de 3,5 Ah conține 41,7kJ pe gram de litiu, ceea ce o depășește pe cea găsită în benzină!

Bateriile cu litiu pot fi extrem de sensibile la temperaturi ridicate. Prin urmare, este esențial ca utilizatorii să urmeze instrucțiunile produsului, să evite abuzul fizic și să verifice periodic starea de încărcare a bateriei. În plus, utilizarea unui încărcător special adaptat tipului lor de baterie litiu-ion va controla cantitatea de încărcătură care intră și va preveni supraîncărcarea, care poate duce la scăparea de sub control termic.

Păstrarea bateriilor litiu-ion în zone bine ventilate este o altă măsură de siguranță esențială, ajutând la prevenirea supraîncălzirii acestora și a declanșării unor incendii care se pot răspândi rapid în întreprinderi, clădiri și mediul înconjurător - devenind periculos de scăpate de sub control și periculoase pentru toți cei implicați.

Imediat ce se aprinde un incendiu la o baterie cu litiu, este esențial să vă păstrați calmul și să acționați rapid. Dacă incendiul este suficient de mic, încercați să îl stingeți cu stingătoare cu pulbere uscată sau cu apă. Cu toate acestea, incendiile mai mari necesită evacuarea imediată și apeluri la 911 - dar în ambele cazuri încercați să nu intrați în panică!

O explozie care implică baterii litiu-ion este extrem de periculoasă și trebuie tratată ca atare. Acordați atenție semnelor de avertizare, cum ar fi umflături, sunete ciudate de șuierat sau pocnit, căldură excesivă sau un miros neobișnuit; dacă apar astfel de simptome, scoateți imediat bateria din funcțiune și puneți-o pe o suprafață neconductoare, departe de materiale combustibile, cât mai curând posibil, dacă este fierbinte. În cazul în care bateria devine fierbinte la atingere, atunci este probabil să se fi produs o deteriorare internă care ar putea duce la explozia acesteia la activare.

Dacă călătoriți cu baterii litiu-ion, este esențial să înțelegeți regulile pentru transportul aerian. Dacă aveți îndoieli cu privire la ceea ce trebuie să faceți, contactați compania aeriană sau reprezentanții pentru mărfuri periculoase pentru îndrumare și ajutor.