Иондық литий батареясы
Иондық литий аккумуляторы ноутбуктер мен ұялы телефондардан бастап гибридті және электр көліктеріне дейінгі әртүрлі құрылғылар мен көлік құралдарының ажырамас бөлігіне айналды. Олардың артықшылықтарына жоғары энергия тығыздығы, қайта зарядталу мүмкіндігі және жеңіл салмағы (свинец-қышқыл аккумуляторларға қарағанда 70%-ге дейін жеңіл болуы); свинец-қышқыл аккумуляторлар сияқты улы жанама өнімдер шығармайтындықтан қауіпсіздіктің жоғары болуы; сонымен қатар олар свинец-қышқыл аккумуляторлар сияқты улы жанама өнімдер шығармайды; сондықтан өндірушілер осы артықшылықтарды сақтау үшін жоғары сыйымдылықты аккумуляторларды қауіпсіз пайдалануды қамтамасыз ететін жақсы катод/анод материалдары мен қатты электролиттерді әзірлеуге шаршамай еңбек етеді!
Соңғы инновацияларға қазіргі литий-ионды батареяларда электролит материалы ретінде қолданылатын кобальт сияқты ұшқыш органикалық еріткіштердің орнына поли(ионды сұйықтықты) пайдаланатын иондық литий батареясы кіреді. Бұл революциялық жетістік бүгінгі литий-ионды батареяларда кездесетін кобальт сияқты қымбат әрі қиын металдарға тәуелділікті азайтып, төмен шығынмен жоғары энергия тығыздығын қамтамасыз етеді.
Иондық литий батареялары анодтан, катодтан, бөлуші мен электролиттен тұрады; анод литий иондарын сақтайды, катод электронды сақтау орны ретінде қызмет етеді; ал бөлуші батарея ішіндегі электрон ағынын бөгейді. Соңында, электролит оң зарядталған литий иондарын разрядтау кезінде анод пен катод арасында тасымалдап, зарядтау кезінде интеркаляция/деинтеркаляция процестері арқылы оларды қайтадан анодқа жеткізеді – техникалық терминологияда бұл процесс интеркаляция/деинтеркаляция деп аталады.
Әдетте графит материалынан жасалған анод өртке төзімді металл сульфидтері немесе нитридтерінен жасалған катодпен біріктіріліп, литий иондарын интеркалация арқылы сақтауға арналған; олар графиттің жалпы құрылымын құрайтын көміртектің 2D қабаттарының арасына физикалық тұрғыдан енгізіледі. Ячейканы разрядтау кезінде анод оксидтену жартылай реакциясынан өтіп, оң литий иондарын бөледі және сыртқы тізбек арқылы теріс зарядталған электрондарды тудырады; разрядтау барысында анод оң литий иондарын өндіретін оксидтену жартылай реакциясынан өтіп, теріс зарядталған электрондар сыртқы тізбек арқылы катодқа тасымалданып, онда қалпына келтіру жартылай реакциясы жүріп, электр тогы сыртқы тізбек арқылы ағады.
Әртүрлі түрлері бар, мысалы 72 В литий-ионды аккумулятор, 12 вольттық 20 А·сағаттық литий аккумуляторы, 20 А·сағаттық литий аккумуляторы. Тотығу-тотықсыздану реакциялары оңтайлы температура мен жағдайларда өтуі тиіс; әйтпесе, маңызды құрылымдық өзгерістер батарея сыйымдылығын айтарлықтай төмендетіп, оның циклдік өнімділігін (сыйымдылығы азаймай тұрып қанша рет зарядтау мен разрядтауға шыдай алатынын) төмендетіп, жасушаның ішкі қысымын арттырып, планшеттер мен смартфондар сияқты ұялы құрылғыларға қауіп төндіруі мүмкін.
