Wie funktionieren wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien?

Die Pionierarbeit für Lithiumbatterien begann 1912 unter GN Lewis, aber die ersten nicht wiederaufladbaren Lithiumbatterien waren erst Anfang der 1970er Jahre im Handel erhältlich. In den 1980er Jahren folgten Versuche, wiederaufladbare Lithiumbatterien zu entwickeln, scheiterten jedoch an der Instabilität des als Anodenmaterial verwendeten Lithiums.

Lithium ist das leichteste aller Elemente, hat das größte elektrochemische Potenzial und liefert die größte spezifische Energie pro Gewicht. Wiederaufladbare Lithiummetallbatterien an der Anode könnten außerordentlich hohe Energiedichten liefern. Mitte der 1980er Jahre wurde jedoch entdeckt, dass beim Radfahren unerwünschte Dendriten an der Anode erzeugt wurden. Solche Wachstumsmoleküle treten in den Separator ein und erzeugen eine elektrische Kurzschluss. Die Temperatur der Zelle steigt schnell an und erreicht den Lithiumschmelzpunkt, was zu einem thermischen Durchgehen führt, das auch als "Wärmeentlüftung" bezeichnet wird. Nachdem eine Batterie in einem Mobiltelefon brennende Gase ausgetreten war und Verbrennungen im Gesicht eines Mannes verursacht hatte, wurde 1991 eine große Anzahl von nach Japan gesendeten wiederaufladbaren Metall-lithium-batterien zurückgerufen.

Die inhärente Flüchtigkeit von Lithiummetall, insbesondere während des Ladens, wurde durch Verwendung von Lithiumionen zu einer nichtmetallischen Lösung verschoben. Sony brachte 1991 den ersten li-ionen-akku auf den Markt. Heute ist er der beliebteste und am schnellsten wachsende Akku auf dem Markt. Li-Ionen haben zwar eine geringere spezifische Energie als Lithium-Metall, sind jedoch sicher, solange die Grenzwerte für Spannung und Ströme eingehalten werden.

Sind alle Lithium-Ionen-Batterien wiederaufladbar?

Fast alle Lithium-Ionen-Batterien sind wiederaufladbar, da sie nach dem Prinzip des Speichereffekts gebildet werden und Ladung speichern können. Tragbarer Strom wird durch Lithium- und Lithiumionenbatterien oder -zellen bereitgestellt. Beide arbeiten durch chemische Speicherung elektrischer Ladungen; Die Ladungen fließen von der Kathode der Batterie zu ihrer Anode, wenn Sie ihre Elektroden an einen Draht anschließen und einen elektrischen Strom erzeugen. Jeder Typ von Lithium-Ionen-Batterien hat aufgrund seiner Konfiguration Vor- und Nachteile.

Das Aufladen von Lithiumbatterien ist nicht einfach und sicher. Dieses Problem hat zur Erfindung von Lithium-Ionen-Batterien geführt. Bevor sie unwirksam werden, können sie mehrmals aufgeladen werden. Lithiumbatterien sind jedoch nicht wiederaufladbar, bieten jedoch mehr Kapazität als Lithiumionenbatterien. Diese haben eine höhere Leistungsdichte als Batterien mit Lithiumionen. Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien verwenden lithium-batterien Lithium-Metall als Anode und verwenden eine Vielzahl anderer Materialien, um ihre Anode zu bilden. Lithium-Ionen-Batterien sind geschwächt, weil ihre Haltbarkeit ungefähr drei Jahre beträgt. Danach sind sie unbrauchbar, können aber in diesen Jahren problemlos wieder aufgeladen werden.

Es gibt einen Unterschied zwischen einer Lithiumbatterie und einer Lithiumionenbatterie, da die Lithiumbatterie Lithiummetall als Anode enthält, weshalb sie nicht wiederaufladbar sind, während Lithiumionenbatterien kein solches Metall enthalten, sondern Ionen, die auf ihrer jeweiligen Elektrode ionisieren Deshalb sind sie wiederaufladbar.

Wie lange hält ein Lithium-Ionen-Akku seine Ladung?

Nach einer Reihe von Experimenten und Bewertungen der Benutzer wurde festgestellt, dass ein Lithium-Ionen-Akku viele Monate lang Ladung halten kann und eine Ladung aufrechterhält. Es ist jedoch sicherer, einen teilweise oder vollständig geladenen Lithium-Ionen-Akku aufzubewahren. Gelegentlich wird ein sehr schwach geladener Lithium-Ionen-Akku lange (viele Monate) gelagert und seine Spannung fällt langsam unter das Niveau ab, bei dem er aufgrund seines eingebauten Sicherheitsmechanismus wieder aufgeladen werden kann. Es ist eine gute Idee, es herauszunehmen und nach einigen Monaten wieder aufzuladen, wenn der Akku mehrere Monate gelagert werden soll. Es ist besser, den Akku alle paar Monate zu verwenden und ihn dann teilweise oder vollständig aufgeladen zu lassen, damit Sie ihn problemlos verwenden können und es für Sie kein Problem darstellt.

Wie verwendet man einen Lithium-Ionen-Akku gemäß seinem Funktionsprinzip?

Lithium-Ionen-Batterien arbeiten nach dem Prinzip der Elektrolyse, die einen Elektrolyten, eine Kathode und eine Anode enthält. Es ist jedoch nicht geeignet, Kathode und Anode zu sagen, sondern sie als positiven oder negativen Anschluss zu bezeichnen.

Wie bei jeder anderen Batterie bestehen ein oder mehrere Stromerzeugungsfächer, die als Zellen bezeichnet werden, aus einer wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterie. Im Wesentlichen besteht jede Zelle aus drei Komponenten: einer positiven Elektrode (verbunden mit dem positiven oder + Anschluss der Batterie), einer negativen Elektrode (verbunden mit dem negativen oder? Anschluss) und einer Chemikalie, die als Elektrolyt dazwischen bezeichnet wird. Eine positive Elektrode wird normalerweise aus einer chemischen Verbindung namens Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2) oder in neueren Batterien aus Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) gebildet. Im Allgemeinen besteht die negative Elektrode aus Kohlenstoff (Graphit) und der Elektrolyt variiert von Batterietyp zu Batterietyp - es ist jedoch nicht allzu wichtig, die Grundidee der Funktionsweise der Batterie zu verstehen.

Im Großen und Ganzen funktionieren alle Lithium-Ionen-Batterien. Wenn sich die Batterie auflädt, gibt das positive Lithium-Kobaltoxid einen Teil seiner Lithiumionen ab, die sich durch den Elektrolyten zur negativen Graphitelektrode bewegen und dort bleiben. Während dieses Vorgangs absorbiert und speichert die Batterie Energie. Wenn die Batterie entladen ist, wandern die Lithiumionen über den Elektrolyten zurück zur positiven Elektrode und erzeugen die Energie, die die Batterie antreibt. In beiden Fällen fließen Elektronen in entgegengesetzter Richtung zu den Ionen um den äußeren Kreislauf. Elektronen passieren den Elektrolyten nicht: Für Elektronen handelt es sich im Wesentlichen um eine isolierende Barriere.

Die Ionenbewegung (durch den Elektrolyten) und die Elektronenbewegung (um den externen Stromkreis herum, in die entgegengesetzte Richtung) sind miteinander verbundene Prozesse, und der andere Prozess stoppt, wenn einer der beiden. Wenn sich Ionen nicht mehr durch den Elektrolyten bewegen, während sich die Batterie vollständig entlädt, können sich auch keine Elektronen durch den äußeren Stromkreis bewegen - Sie verlieren also Strom.

Wenn Sie die Batterie ausschalten, hören die Elektronen ebenfalls auf zu fließen, ebenso wie der Ionenstrom. Der Akku beginnt sich im Grunde genommen mit einer hohen Geschwindigkeit zu entladen (aber er entlädt sich weiter, selbst wenn das Gerät entfernt wird, mit einer sehr langsamen Geschwindigkeit).

Im Gegensatz zu einfacheren Batterien wurden Lithium-Ionen-Batterien in elektronische Steuerungen integriert, um zu überwachen, wie sie geladen und entladen werden. Dies ist ihr Funktionsprinzip und muss auf die gleiche Weise verwendet werden.