În timp, bateria litiu-ion își pierde treptat capacitatea de a reține încărcarea. Acest lucru se datorează deteriorării datorate expunerii prelungite la temperaturi ridicate și a unui număr mare de cicluri de încărcare și descărcare. În final, procesul de deplasare a ionilor de litiu între electrozii începe să fie întrerupt.
Într-o baterie convențională cu litiu-ion există:
- catod sau electrod negativ (realizat din oxizi de litiu, cum ar fi oxid de litiu cu cobalt)
- anod sau electrod pozitiv (de obicei din grafit)
Un separator poros subțire ține cele două electrozi între ele pentru a preveni scurtcircuitele. Și electrolitul, realizat din solvenți organici și pe bază de săruri de litiu, care permite ionilor de litiu să se miște în interiorul celulei.
În timpul încărcării, curentul electric deplasează ionii de litiu de la catod la anod. În timpul descărcării (cu alte cuvinte, atunci când se utilizează o baterie), ionii se mută înapoi la catod. În timpul încărcării, ionii sunt plasați între foile de grafit care alcătuiesc anodul. O baterie cu durată lungă de viață va rezista la câteva mii de astfel de cicluri de încărcare-descărcare.
Energia și puterea bateriilor litiu-ion
Motive pentru eșecul bateriilor litiu-ion
Partea activă a catodului (sursa de ioni de litiu din baterie) este proiectată cu o anumită structură atomică pentru a asigura stabilitatea și productivitatea. Când ionii se deplasează la anod și apoi se întorc la catod, este necesar ca aceștia să se întoarcă în locația lor originală pentru a menține o structură cristalină stabilă. Problema este că structura cristalină se poate schimba cu fiecare încărcare și descărcare.
Treptat, catodul este transformat într-o nouă structură cristalină a cristalului cu alte proprietăți electrochimice. Locația exactă a atomilor, care oferă inițial performanța necesară, se schimbă.
Degradarea poate apărea și în alte părți ale bateriei. Fiecare electrod este conectat la un colector de curent, care este în esență o bucată de metal (de obicei cupru pentru un anod, aluminiu pentru un catod) care colectează electroni și le deplasează către un circuit extern. De-a lungul timpului, metalul este corodat și nu poate muta în mod eficient electronii.
Corodarea bateriei poate apărea ca urmare a interacțiunii electrolitului cu electrozii. Anodul grafit este "ușor eliberat", adică el dă "ușor" electronilor electrolitului. Acest lucru poate duce la acoperirea nedorită pe suprafața grafitului. Catodul este, în același timp, foarte "oxidabil", ceea ce înseamnă că el ia cu ușurință electroni din electrolit, care în unele cazuri pot coroda aluminiu din colectorul curent sau pot forma un strat de acoperire pe părțile catodului.
Grafitul - un material utilizat pe scară largă pentru fabricarea anozilor - este instabil termodinamic în electroliții organici. Acest lucru înseamnă că de la prima încărcare a bateriei noastre, grafitul reacționează cu electrolitul. Acest lucru creează un strat poros (numit interfață electrolitică solidă sau TEI), care în cele din urmă protejează anodul de alte atacuri. Această reacție consumă, de asemenea, o cantitate mică de litiu. TEI este un apărător foarte instabil. Protejează bine grafitul la temperatura camerei, dar la temperaturi ridicate sau când încărcarea bateriei scade la zero (o descărcare profundă), TEI se poate dizolva parțial în electrolit. La temperaturi ridicate, electroliții au tendința de a se degrada și reacțiile adverse sunt accelerate. Când se vor întoarce condiții favorabile, se va forma un alt strat de protecție, dar va mânca o parte din litiu. Dacă stratul protector este prea gros, acesta devine o barieră pentru ionii de litiu, de care este necesar să se miște liber înainte și înapoi. Acest lucru are un efect negativ asupra puterii
Îmbunătățirea bateriilor litiu-ion
Deci, ce puteți face pentru a prelungi durata de viață a bateriilor noastre? Cercetătorii din laboratoare caută aditivi electrolitici care ar permite bateriilor să funcționeze mai bine și să trăiască mai mult timp prin reducerea reacțiilor dăunătoare dintre electrozii și electrolit. În plus, aceștia caută noi structuri cristaline mai stabile pentru electrozii, precum și lianți și electroliți mai stabili.
Între timp, inginerii din companiile producătoare de baterii și autovehicule electrice lucrează la corpuri și sisteme de control termic, în încercarea de a conserva bateriile litiu-ion într-un interval de temperatură constant și sănătos. Consumatorii rămân să evite temperaturile extreme și descărcările adânci.
Trimiteți-le prietenilor: