Li-ion-batterijen zijn bijna overal te vinden. Ze worden gebruikt in toepassingen van mobiele telefoons en laptops tot hybride en elektrische voertuigen. Lithium-ionbatterijen worden ook steeds populairder in grootschalige toepassingen zoals Uninterruptible Power Supplies (UPS's) en stationaire batterij-energieopslagsystemen (BESS's).
Een batterij is een apparaat dat bestaat uit een of meer elektrochemische cellen met externe aansluitingen voor het voeden van elektrische apparaten. Wanneer een batterij elektrische stroom levert, is de positieve pool de kathode en de negatieve pool de anode. De negatief gemarkeerde aansluiting is de bron van elektronen die door een extern elektrisch circuit naar de positieve aansluiting zullen stromen.
Wanneer een batterij is aangesloten op een externe elektrische belasting, zet een redoxreactie (reductie-oxidatie) hoogenergetische reactanten om in producten met een lagere energie, en het verschil in vrije energie wordt als elektrische energie aan het externe circuit afgegeven. Historisch gezien verwees de term "batterij" specifiek naar een apparaat dat uit meerdere cellen bestond; het gebruik is echter geëvolueerd naar apparaten die uit één enkele cel bestaan.
Hoe werkt een lithium-ionbatterij?
De meeste Li-ion-batterijen hebben een soortgelijk ontwerp, bestaande uit een positieve elektrode (kathode) van metaaloxide die is gecoat op een aluminium stroomcollector, een negatieve elektrode (anode) gemaakt van koolstof/grafiet die is gecoat op een koperen stroomcollector, een scheider en elektrolyt gemaakt van lithiumzout in een organisch oplosmiddel.
Terwijl de batterij ontlaadt en een elektrische stroom levert, transporteert de elektrolyt positief geladen lithiumionen van de anode naar de kathode en omgekeerd door de separator. De beweging van de lithiumionen creëert vrije elektronen in de anode, waardoor een lading ontstaat bij de positieve stroomcollector. De elektrische stroom vloeit vervolgens van de stroomafnemer via een apparaat dat van stroom wordt voorzien (mobiele telefoon, computer, enz.) naar de negatieve stroomafnemer. De separator blokkeert de elektronenstroom in de batterij.
Tijdens het opladen past een externe elektrische stroombron (het laadcircuit) een overspanning toe (een hogere spanning dan de batterij produceert, met dezelfde polariteit), waardoor een laadstroom in de batterij wordt gedwongen van de positieve naar de negatieve elektrode te stromen. dwz in de omgekeerde richting van een ontlaadstroom onder normale omstandigheden. De lithiumionen migreren vervolgens van de positieve naar de negatieve elektrode, waar ze ingebed worden in het poreuze elektrodemateriaal in een proces dat bekend staat als intercalatie.
Posttijd: 26 juni 2022