Як працюють літієві батареї: просте пояснення

Якщо ви коли-небудь замислювалися, чому літій-іонні акумулятори використовуються в смартфонах та електромобілях, відповідь криється в їхній неймовірній щільності енергії.

Основна ідея: переміщення літію = зберігання енергії

Уявіть собі акумулятор як систему з двома окремими резервуарами «енергетичних частинок» (іонів літію).Зарядкапереміщує частинки з одного резервуара в інший, накопичуючи енергію.Розрядкадозволяє їм текти назад, вивільняючи цю енергію для живлення вашого пристрою.

Основні компоненти:

1. Анод (негативний електрод):Зазвичай виготовляються зграфіт(вуглець). Це «резервуар», де зберігаються іони літію під час заряджання акумулятора.

2. Катод (позитивний електрод):Виготовлений з оксиду металу літію (наприклад, оксиду літію-кобальту або фосфату літію-заліза). Це інший «резервуар».

3. Яка роль електроліту в літій-іонному акумуляторі?:Рідина або гель, що знаходиться між анодом і катодом. Це дозволяєіони літіюрухатися через нього, але блокиелектрони(це ключове!).

4. Роздільник:Пориста мембрана всередині електроліту, яка запобігає дотику анода та катода (що може спричинити коротке замикання).

5. Зовнішній контур:Дріт або шлях, що з'єднує анод і катод зовні батареї. Саме тутелектронипотік для живлення вашого пристрою.

Як це працює: Цикл

1. РОЗРЯДЖЕННЯ (Використання акумулятора)

Коли ви вмикаєте пристрій, ви замикаєте електричне коло, і спонтанно починається хімічна реакція.

• Літій-іонні заряди:Іони літію, що зберігаються вграфітовий анодвід'єднатися та проплисти крізьелектролітдокатод.

• Електрони обирають мальовничий маршрут:На кожен іон, що рухається, з анода вивільняється електрон. Електроліт блокує електрони, тому вони змушені займатизовнішній контур(через компоненти вашого телефону), щоб дістатися до катода. Цей потік електронівце електрика, що забезпечує живлення вашого пристрою.

• Возз'єднання:На катоді електрони та іони літію возз'єднуються та вбудовуються в матеріал катода.

• 

Короткий опис виписки:
Анод (графіт + літій)→Електрони (пристрій живлення) + Li⁺ (через електроліт)→Катод (Li рекомбінує)
Енергія вивільняється.

2. ЗАРЯДКА (Підключення до розетки)

Підключення застосовує зовнішню електричну силу, яка штовхає систему у зворотному напрямку.

• Зовнішня сила штовхає електрони:Зарядний пристрій змушує електрони тектиназадвід катода до анода.

• Літій-іонні батареї:Це витягує іони літію з матеріалу катода, змушуючи їх плавати назад через електроліт до анода.

• Зберігання:Іони знову вбудовуються в графітову структуру анода, готуючись до наступного циклу розряду.

Зведення про стягнення:
Катод (літій)→Li⁺ (прокачується через електроліт зарядним пристроєм)→Анод (графіт + літій)
Енергія накопичується.

Проста аналогія: водяне колесо та відра

Уявіть собі водяне колесо, яке приводить в дію млин:

• Звинувачена держава:Вся вода (іони літію) знаходиться вверхній відро (анод)Це відображає накопичену енергію.

• Розрядка:Ви відчиняєте хвіртку. Вода стікає з верхнього відра, черезводяне колесо (ваш пристрій), унижній відро (катод)Водяне колесо, що обертається, справді працює.

• Зарядка:Ви використовуєте насос (ваш зарядний пристрій), щоб перекачувати воду з нижнього відра назад у верхнє відро, знову накопичуючи енергію.