Erklären Sie, wie Lithium-Kobalt-Verbindungen in einer Batterie Strom erzeugen

Die meisten Lithium-Ionen-Batterien für tragbare Anwendungen wie Smartphones basieren auf Kobalt. Das System umfasst eine positive Kobaltoxidelektrode und eine negative Graphitkohlenstoffelektrode.

Kobalt ist ein glänzendes, hartes und silbergraues Material, das ein Nebenprodukt des Kupfer- und Nickelabbaus ist. Es wird als Kathodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien verwendet, aber es wird auch zur Herstellung vieler anderer Dinge verwendet. Wenn Sie neugierig sind, welche Rolle Kobalt in Lithiumbatterien spielt, sind Sie hier genau richtig. Hier helfen wir Ihnen, die Kobaltrolle in der Lithiumbatterie und die Funktionsweise der Batterie zu verstehen.

Die Rolle von Kobalt in Lithiumbatterien verstehen

Eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie enthält zwei Elektroden, die in eine Elektrolytlösung getaucht und durch eine durchlässige Polymermembran getrennt sind. Wenn sich der Akku im Lademodus befindet, bewegen sich Lithiumionen über die Polymermembran von der + ve Kathode zur -ve Anode. Wenn sich die Batterie im Entladungsmodus befindet, bewegen sich die Lithiumionen von der Anode zur Kathode zurück. Während des Verfahrens werden Elektronen an eine elektronische Anwendung gesendet, die sie während des Verfahrens mit Strom versorgt.

Darüber hinaus ist Kohlenstoffgraphit ein übliches Anodenmaterial, das in diesen Batterien verwendet wird, da es eine Schichtstruktur aufweist, die die kleinen Lithiumionen zwischen den Schichten unterstützen und speichern kann. Da die Batteriespannung von der Differenz des elektrochemischen Potentials zwischen Anode und Kathode abhängt, kann die Kathode kein Graphit sein, und die meisten Leistungsmerkmale der Batterie hängen vom Kathodenmaterial ab.

Die Kathode speichert die Lithiumionen über die elektrochemische Interkalation - eine Kette, durch die die Lithiumionen aus Gitterpositionen oder -positionen innerhalb der Kathodenmaterialstruktur gezogen oder in diese gebracht werden. Zu den grundlegenden Kathodenmaterialien gehört Li-CO-O2 (Lithium-Cobalt-Oxid). Wenn sich die unter Verwendung dieser Materialien entworfene Batterie im Lademodus befindet, werden Lithiumionen aus dem Oxid herausgezogen und dann in eine Graphitelektrode gegeben. Im Entlademodus erfolgt die umgekehrte Aktion.

Wenn Lithiumionen aus dem Oxid in der Kathode entfernt werden, besitzt es eine positive Ladung, und dann kommt die Kobaltrolle ins Spiel. Das Kobalt ist dafür verantwortlich, dass es seinen Oxidationszustand ändert, während das Oxid elektrisch im neutralen Modus bleibt. Sie werden erstaunt sein zu wissen, dass das Kobalt in geringer Menge seinen Oxidationszustand von drei auf vier verschiebt, um den Ausschluss des Lithiumions auszugleichen.

Lithium-Kobaltoxid ist eine Interkalationsverbindung, bei der Kobalt, Lithium und Sauerstoff in zweidimensionalen Schichten angeordnet sind - eine Schicht aus Lithium, danach eine Schicht aus Sauerstoff und eine Schicht aus Kobalt, eine andere Sauerstoffschicht und ein anderes Lithium Schicht. Und in einer Interkalationsverbindung kann das Lithium eliminiert werden und die Grundstruktur sollte unverändert bleiben. Was ist, wenn sich die Struktur bewegt? Es wird sehr schwierig, das Lithium wieder einzubringen.

Das Interessante ist, dass eine mit Kobalt verstärkte Struktur etwa 60% des Lithiums aushält, das ausgerottet wird, bevor es sich zu verändern beginnt.

Wie funktionieren Lithiumbatterien?

Wie jede andere Batterietechnologie enthält auch eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie ein oder mehrere Stromerzeugungsfächer, die als Zellen bezeichnet werden. Ferner enthält jede Zelle die drei Hauptkomponenten -

· Eine positive Elektrode - angeschlossen an den + ve Anschluss der Batterie.

· Eine negative Elektrode - an den -ve-Anschluss der Batterie angeschlossen.

· Eine Chemikalie - ein Elektrolyt dazwischen.

Die positive Elektrode besteht normalerweise aus einer chemischen Verbindung - Lithium-Kobaltoxid oder in einer neuen Batterie - aus lithiumeisenphosphat. Die negative Elektrode besteht aus Kohlenstoff. Nun, alle Lithium-Ionen-Batterien werden auf die gleiche Weise getragen. Wenn sich der Akku im Lademodus befindet, verbleiben Lithium-Kobaltoxid und Elektrode dort. Die Batterie speichert die Energie während des Vorgangs. Wenn sich die Batterie im Entlademodus befindet, wandern die Lithiumionen über den Elektrolyten zurück zur + ve Elektrode und erzeugen die Energie, die die Batterie antreibt. Die Ionenbewegung (über den Elektrolyten) und die Bewegung der Elektronen (um den externen Stromkreis) sind miteinander verbundene Prozesse.

Wenn einer der Prozesse stoppt, werden auch andere gestoppt. Wenn sich die Ionen nicht mehr über den Elektrolyten bewegen, da die Batterie vollständig entladen ist, können sich auch keine Elektronen durch den externen Stromkreis bewegen, und Sie verlieren Ihre Energie.

Sie werden froh sein zu wissen, dass Lithium-Ionen-Batterien mit eingebauten elektronischen Steuerungen ausgestattet sind, die regeln, wie sie sich entladen und aufladen, um die Überhitzung und Überladung zu verhindern, die dazu führen kann, dass Batterien unter bestimmten Umständen explodieren.

Welche Komponenten machen einen lithium-ionen-akku aus?

Wie bereits erwähnt, gibt es drei Hauptkomponenten, aus denen eine Lithium-Ionen-Batterie besteht, nämlich Kathode, Anode und Elektrolyt. Neben drei gibt es eine weitere wichtige Komponente von Lithium-Ionen-Batterien, die als Separator bekannt ist.

· Kathode - Bestimmt die Spannung und Kapazität des li-ionen-akkus. Die Batterie erzeugt den Strom durch chemische Reaktionen von Lithium. Deshalb wird das Lithium in die Batterie gegeben und dieser Raum für Lithium wird als Kathode bezeichnet.

· Anode - sendet Elektronen über einen Draht. Ähnlich wie bei der Kathode ist ihr Substrat mit aktivem Material beschichtet. Das aktive Material der Anode hat die Aufgabe, den elektrischen Strom über den äußeren Stromkreis fließen zu lassen.

· Elektrolyt - Ermöglicht nur die Bewegung der Ionen. Es wirkt als Medium, das nur die Bewegung von Lithiumionen zwischen Anode und Kathode ermöglicht. Es besteht aus Lösungsmitteln, Additiven und Salzen.

· Separator - Dies ist die absolute Barriere zwischen Anode und Kathode. Während Anode und Kathode die Batterieleistung bestimmen, bestimmen Separator und Elektrolyt die Batteriesicherheit. Der Separator wirkt als physikalische Barriere, die Anode und Kathode voneinander trennt. Es hilft bei der Verhinderung des direkten Elektronenflusses und ermöglicht sorgfältig die Bewegung der Ionen über das interne mikroskopische Loch.

Wir hoffen, dass unser Leitfaden Ihnen dabei geholfen hat, eine grundlegende Vorstellung von den Komponenten und der Funktionsweise von Lithium-Ionen-Batterien zu bekommen.