ιοντική μπαταρία λιθίου

η ιοντική μπαταρία λιθίου έχει γίνει απαραίτητο συστατικό σε μια μεγάλη ποικιλία συσκευών και οχημάτων, από φορητούς υπολογιστές και κινητά τηλέφωνα μέχρι υβριδικά και ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Τα πλεονεκτήματά τους κυμαίνονται από την υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, τη δυνατότητα επαναφόρτισης και το μικρό βάρος τους (έως και 70% ελαφρύτερες από τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος)- την αυξημένη ασφάλεια χωρίς να παράγουν τοξικά παραπροϊόντα όπως οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος- επιπλέον δεν παράγουν τοξικά παραπροϊόντα όπως οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος- έτσι οι κατασκευαστές τους εργάζονται ακούραστα για την ανάπτυξη καλύτερων υλικών καθόδου/ανόδου, στερεών ηλεκτρολυτών που εξασφαλίζουν μπαταρίες υψηλής χωρητικότητας για ασφαλή χρήση εντός των μπαταριών - μόνο και μόνο για να διατηρήσουν αυτά τα πλεονεκτήματα!

Οι πρόσφατες καινοτομίες περιλαμβάνουν μια ιοντική μπαταρία λιθίου που χρησιμοποιεί ως ηλεκτρολύτη πολυ(ιοντικό υγρό) αντί να χρησιμοποιεί ως υλικό ηλεκτρολύτη πτητικούς οργανικούς διαλύτες όπως το κοβάλτιο στις τρέχουσες LIB. Αυτή η επαναστατική εξέλιξη υπόσχεται υψηλότερες ενεργειακές πυκνότητες σε χαμηλότερο κόστος με μειωμένη εξάρτηση από ακριβά και ενοχλητικά μέταλλα όπως το κοβάλτιο που συναντάται στις σημερινές LIB.

Οι ιοντικές μπαταρίες λιθίου αποτελούνται από άνοδο, κάθοδο, διαχωριστή και ηλεκτρολύτη- με την άνοδο να αποθηκεύει ιόντα λιθίου, ενώ η κάθοδος λειτουργεί ως χώρος αποθήκευσης ηλεκτρονίων- ενώ ένας διαχωριστής εμποδίζει τη ροή ηλεκτρονίων εντός της μπαταρίας. Τέλος, ένας ηλεκτρολύτης μεταφέρει θετικά φορτισμένα ιόντα λιθίου μεταξύ ανόδου και καθόδου κατά την εκφόρτιση και πίσω στην άνοδο κατά τη φόρτιση μέσω διεργασιών παρεμβολής/αποσύνδεσης που λαμβάνουν χώρα ταυτόχρονα - η διαδικασία αυτή είναι γνωστή ως παρεμβολή/αποσύνδεση με τεχνικούς όρους.

Μια άνοδος που συνήθως αποτελείται από υλικό γραφίτη συνδυάζεται με μια κάθοδο από μη εύφλεκτα σουλφίδια ή νιτρίδια μετάλλων για την αποθήκευση ιόντων λιθίου μέσω παρεμβολής, όπου αυτά ενσωματώνονται φυσικά μεταξύ δισδιάστατων στρωμάτων άνθρακα που αποτελούν τον χύδην γραφίτη, για σκοπούς αποθήκευσης. Η εκφόρτιση της κυψέλης περιλαμβάνει μια άνοδο που υφίσταται μια ημιαντίδραση οξείδωσης που απελευθερώνει θετικά ιόντα λιθίου ενώ ταυτόχρονα δημιουργεί αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια μέσω εξωτερικού κυκλώματος- κατά την εκφόρτιση η άνοδος υφίσταται μια ημιαντίδραση οξείδωσης που παράγει θετικά ιόντα λιθίου ενώ αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια μεταφέρονται μέσω εξωτερικού κυκλώματος στην κάθοδο όπου λαμβάνει χώρα η ημιαντίδραση αναγωγής και το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω εξωτερικού κυκλώματος.

Υπάρχουν πολλά είδη, όπως μπαταρία ιόντων λιθίου 72v, μπαταρία λιθίου 12 volt 20ah, μπαταρία λιθίου 20ah. Οι αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής πρέπει να λαμβάνουν χώρα στη βέλτιστη θερμοκρασία και σε βέλτιστες συνθήκες- διαφορετικά, οι σημαντικές δομικές αλλαγές θα μπορούσαν να μειώσουν σημαντικά τη χωρητικότητα της μπαταρίας και να μειώσουν την κυκλικότητά της (το μέτρο του πόσες φορτίσεις και εκφορτίσεις μπορεί να αντέξει μια μπαταρία πριν αρχίσει να μειώνεται η χωρητικότητά της), αυξάνοντας ενδεχομένως την εσωτερική πίεση του κυττάρου που αποτελεί απειλή για την ασφάλεια κινητών συσκευών όπως τα tablets και τα smartphones.