იონური ლითიუმის ელემენტი

იონური ლითიუმის ელემენტი შეუცვლელი კომპონენტი გახდა მრავალგვარ მოწყობილობასა და სატრანსპორტო საშუალებაში, დაწყებული ლეპტოპებითა და მობილური ტელეფონებით, დამთავრებული ჰიბრიდული და ელექტრომობილებით. მათი უპირატესობებია: მაღალი ენერგეტიკული სიმკვრივე, ხელახლა დამუხტვის შესაძლებლობა და სიმსუბუქე (სвинც-მჟავური ელემენტებისგან 70%-ით უფრო მსუბუქი); გაზრდილი უსაფრთხოება ტყვიის მჟავური ბატარეების მსგავსი ტოქსიკური შუალედური პროდუქტების წარმოქმნის გარეშე; გარდა ამისა, ისინი არ წარმოქმნიან ტოქსიკურ შუალედურ პროდუქტებს, როგორც ტყვიის მჟავური ბატარეები; ამიტომ მათი მწარმოებლები დაუღალავად მუშაობენ უკეთესი კათოდის/ანოდის მასალებისა და მყარი ელექტროლიტების შესამუშავებლად, რომლებიც უზრუნველყოფს მაღალი ტევადობის ბატარეების უსაფრთხო გამოყენებას — მხოლოდ ამ უპირატესობების შესანარჩუნებლად!

ბოლო ინოვაციებს შორისაა იონური ლითიუმის ბატარეა, რომელიც ელექტროლიტად იყენებს პოლი(იონურ სითხეს) და არა ორგანულ მცენცებად გამხსნელებს, როგორიცაა კობალტი, რომელიც დღევანდელ ლითიუმ-იონურ ბატარეებში გამოიყენება. ეს რევოლუციური მიღწევა გვპირდება უფრო მაღალ ენერგეტიკულ სიმკვრივეს, უფრო დაბალ ღირებულებასა და ისეთ ძვირადღირებულ და პრობლემურ მეტალებზე დამოკიდებულების შემცირებას, როგორიცაა კობალტი, რომელიც დღევანდელ ლითიუმ-იონურ ბატარეებში გვხვდება.

იონური ლითიუმის ელემენტები შედგება ანოდის, კათოდის, გამყოფისა და ელექტროლიტისგან; ანოდი ინახავს ლითიუმის იონებს, ხოლო კათოდი ელექტრონების საცავად მუშაობს; გამყოფი კი ბლოკავს ელექტრონების ნაკადს ელემენტის შიგნით. და ბოლოს, ელექტროლიტი დადებითად დატვირთულ ლითიუმის იონებს გადააქვს ანოდსა და კათოდს შორის განმუხტვისას და უკან, ანოდისკენ დამუხტვისას, ინტერკალაციის/დეკინტერკალაციის პროცესების მეშვეობით, რომლებიც ერთდროულად მიმდინარეობს – ეს პროცესი ტექნიკურ ენაზე ცნობილია, როგორც ინტერკალაცია/დეკინტერკალაცია.

ანოდი, რომელიც, როგორც წესი, გრაფიტის მასალისგან მზადდება, შენახვის მიზნით იერთდება კათოდთან, რომელიც შეუწვავებელი ლითონის სულფიდების ან ნიტრიდებისგანაა დამზადებული. ამ გზით ხდება ლითიუმის იონების ინტერკალაციის მეშვეობით შენახვა, რა დროსაც ისინი ფიზიკურად ჩაეწერება გრაფიტის შემადგენელ ნახშირბადის 2D ფენებს შორის. ელემენტის განმუხტვა გულისხმობს ანოდის ჟანგვის ნახევარრეაქციას, რომლის დროსაც გამოთავისუფლდება დადებითი ლითიუმის იონები და, ამავდროულად, გარე წრის მეშვეობით წარმოიქმნება უარყოფითად დატვირთული ელექტრონები; განმუხტვისას ანოდი განიცდის ჟანგვის ნახევარრეაქციას, რომელიც წარმოქმნის დადებით ლითიუმის იონებს, ხოლო უარყოფითად დატვირთული ელექტრონები გარე წრით გადაეცემა კათოდზე, სადაც მიმდინარეობს აღდგენის ნახევარრეაქცია და ელექტრული დენი გარე წრის მეშვეობით იძირება.

არსებობს მრავალი სახეობა, როგორიცაა 72 ვოლტიანი ლითიუმ-იონური ბატარეა, 12 ვოლტიანი 20 ა-საათიანი ლითიუმის ბატარეა, 20 ა-საათიანი ლითიუმის ბატარეა.  ოქსიდაციურ-რედუქციური რეაქციები უნდა მიმდინარეობდეს ოპტიმალურ ტემპერატურასა და პირობებში; წინააღმდეგ შემთხვევაში, მნიშვნელოვანმა სტრუქტურულმა ცვლილებებმა შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს ელემენტის ტევადობა და შეამციროს მისი ციკლურობა (მაჩვენებელი იმისა, თუ რამდენი დატენვა-გატენვას შეუძლია ელემენტს გაუძლოს ტევადობის შემცირების დაწყებამდე), რაც პოტენციურად ზრდის უჯრედის შიდა წნევას და უსაფრთხოების საფრთხეს უქმნის მობილურ მოწყობილობებს, როგორიცაა პლანშეტები და სმარტფონები.