Lithium-Ionen-Batteriestruktur

Li - Ionen - Akku - Struktur

Bevor Lithium-Ionen-Batterien verfügbar wurden, enthielten Batterien für tragbare Geräte Nickel-Cadmium-Batterien. Die Forschung zur Verwendung von Lithium für Batterien für tragbare Geräte stieß auf einige Hindernisse. Zu den Merkmalen, die Lithium zu einer hervorragenden Wahl für Batterien gemacht haben, gehören sein geringes Gewicht sowie seine hohe Energiedichte. Obwohl die Instabilität von Lithium das Fortschreiten der Forschung an Lithiumbatterien verringerte, wurden 1991 die ersten kommerziellen Formen von Lithiumionenbatterien verfügbar. Die erste kommerzielle Form von Lithium-Ionen-Batterien wurde von Sony eingeführt. Viele andere Hersteller sind diesem Streben nach nachhaltigen Energiequellen gefolgt. Heutzutage stehen Lithium-Ionen-Batterien hinter der Tragbarkeit vieler Geräte und Vorrichtungen. Diese Batterien stehen insbesondere hinter der Fähigkeit der Gerätehersteller, tragbare Versionen der meisten Geräte einzuführen.

Wie sind Li-Ionen-Batterien aufgebaut?

Lithium-Ionen-Batterien bestehen aus bestimmten Komponenten, die hinter der Speicherung und Übertragung elektrischer Energie stehen. Diese Komponenten umfassen den Separator, die Kathode, den Elektrolyten und die Anode.

Die Kathode ist der Teil der Batterie, der das aktive Material enthält. Das aktive Material ist die Substanz hinter den chemischen Reaktionen, die innerhalb der Batterie stattfinden. Diese Substanz soll Lithium sein, aber ihr instabiler Zustand begrenzt die Verwendung von Lithium als Element innerhalb der Kathode. Somit enthält das aktive Material von Lithium-Ionen-Batterien Verbindungen wie Lithiumoxid.

Innerhalb der Kathode von Lithium-Ionen-Batterien gibt es neben dem aktiven Material noch andere Komponenten. Diese Komponenten umfassen ein Bindemittel sowie ein leitfähiges Material. Das leitende Material verbessert die Leitfähigkeit, während das Bindemittel die richtige Ausrichtung aller Komponenten innerhalb der Kathode fördert.

Lithium-Ionen-Batterien haben Anodenkomponenten, in denen die Lithium-Ionen gespeichert sind, während die Batterie geladen wird. Die Verbindung zwischen Anode und Kathode ermöglicht den Elektronenfluss, der zur Energieerzeugung beiträgt.

Materialien, die als Anode in einer Lithium-Ionen-Batterie verwendet werden, umfassen Graphit. Graphit wird aufgrund von Eigenschaften angewendet, zu denen die stabile Umgebung für die Lithiumionen sowie die geringe elektrochemische Reaktivität gehören.

Elektrolyte von Lithium-Ionen-Batterien sind die Komponenten dieser Batterien, die die Bewegung der Lithium-Ionen bei der Stromerzeugung ermöglichen. Als Elektrolyte verwendete Materialien umfassen daher Lösungsmittel und Salze.

Separatoren sind Bestandteile von Lithium-Ionen-Batterien, die zu ihrer Sicherheit beitragen. Diese Komponenten gewährleisten den ordnungsgemäßen Ionenfluss, um die Sicherheit und das ordnungsgemäße Funktionieren der Batterie zu gewährleisten.

Wie funktioniert der li-ionen-akku?

Die Komponenten eines lithium-ionen-akkus arbeiten synergetisch, um seine Aktionen voranzutreiben. Eine Lithium-Ionen-Batterie arbeitet im Wesentlichen als Ergebnis des Flusses von Ionen und Elektronen, wobei die Ionen in diesem Fall Lithiumionen sind. Wenn der Akku geladen wird, verlassen die Ionen die Kathode und gehen zur Anode, wo sie für die Dauer des Ladevorgangs des Akkus verbleiben. Wenn sich die Batterie zu entladen beginnt, kehrt sich der Ionenfluss um, in diesem Fall von der Kathode zur Anode. Die Ionen bewegen sich durch den Elektrolyten, während sich die Elektronen durch einen externen Stromkreis bewegen. Es gibt keine etablierte Wechselwirkung zwischen Ionen und Elektronen, wenn sie sich mit einer Lithium-Ionen-Batterie bewegen. Es gibt jedoch eine umgekehrte Beziehung zwischen der Strömungsrichtung von Ionen und Elektronen. Wenn sich Ionen in eine bestimmte Richtung bewegen, bewegen sich die Elektronen in der Ordnungsrichtung, wobei sich beide innerhalb der angegebenen Kompartimente bewegen.

Die Bewegung von Elektronen und Ionen hängt damit zusammen, dass Elektronen nicht fließen können, wenn keine Ionen fließen. Die Bewegungsrichtung von Ionen und Elektronen während der Ladeperiode ist der Flussrichtung von Ionen und Elektronen während der Entladeperiode entgegengesetzt. Während der Ladezeit ist die Bewegungsrichtung der Lithiumionen von der Kathode zur Anode. Die Elektronen bewegen sich in die entgegengesetzte Richtung. Die Bewegung der Ionen und Elektronen wird fortgesetzt, bis die Batterie voll aufgeladen ist.

Wenn sich die Batterie entlädt, wandern die Ionen, die sich während der Ladezeit von der Kathode zur Anode bewegt haben, zurück zur Kathode. Diese Bewegung wird genau wie beim Laden fortgesetzt, bis der Akku vollständig entladen ist.

So schützen Sie die Struktur der Li-Ionen-Batterie

Es wurden Sicherheitsbedenken hinsichtlich Lithium-Ionen-Batterien geäußert. Untersuchungen haben auch gezeigt, dass Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien im Laufe der Zeit Chargen von Batterien wegen entdeckter Sicherheitsverletzungen zurückgerufen haben.

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien für ihren großen Entladezyklus bekannt sind, sind Schutzmaßnahmen erforderlich, um die Struktur dieser Batterien aufrechtzuerhalten. Zu den anwendbaren Schutzmaßnahmen gehören All-in-One-Ansätze, um den Schutz der großen Anzahl von Zellen in der Batterie zu gewährleisten. Lithium-Ionen-Batterien haben eine große Anzahl von Zellen, und die Schutzmaßnahmen müssen auf alle Zellen gerichtet sein.

Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien integrieren Elemente, die die Parameter der Batterien überwachen und Schäden an den Zellen verhindern. Zu den Komponenten der Schutzfunktionen, die in das Design von Lithium-Ionen-Batterien integriert sind, gehören Signalisolationskomponenten sowie die Spannungs- und Strommesskomponenten. Die Komponenten dienen mehreren Zwecken, einschließlich der Überwachung des Entlade- und Ladezustands von Akkus.

Kurzschlussschutz ist eine sehr wichtige Form des Schutzes für Lithium-Ionen-Batterien. Überstromschutzfunktionen werden von Herstellern auch in Lithium-Ionen-Batterien integriert, um den Schutz der Zellen von Lithium-Ionen-Batterien zu gewährleisten.

Trotz der bestehenden Bedenken hinsichtlich Lithium-Ionen-Batterien ist es wichtig darauf hinzuweisen, dass Lithium-Ionen-Batterien im Allgemeinen immer noch sicher sind, da die Hersteller ständig nach Möglichkeiten suchen, die Eigenschaften der Batterien in Richtung maximaler Sicherheit anzupassen.

Derzeit haben die Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien große Fortschritte bei der Entwicklung von Sicherheitsmaßnahmen in drei Ansätzen erzielt. Diese Ansätze umfassen die Begrenzung des aktiven Materials der Batterie sowie die Einbeziehung einer Vielzahl von Sicherheitsmaßnahmen, einschließlich der oben angegebenen. Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien haben sich auch auf die Aufnahme einer Batterieschutzschaltung als eine der Schlüsselkomponenten von Batterien konzentriert, um maximale Sicherheit zu erreichen. Die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien ist ein Forschungsbereich, der sicherlich viel Aufmerksamkeit erhalten wird, da Raum für die Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien in größerem Maßstab besteht.