22 Jahre Batterieanpassung
Jan 08, 2020 Seitenansicht：430
Warum befindet sich Lithium in Batterien?
Der britische Chemiker M. Stanley Whittingham schlug erstmals 1970 vor, Lithium zur Herstellung von Batterien zu verwenden. Whittingham verwendete Elektroden aus Titansulfid und Lithium. Die wiederaufladbare Lithiumbatterie von Whittingham konnte niemals praktisch gemacht werden, da ihre Herstellung in den 1970er Jahren in erster Linie sehr teuer war. Dies war nicht nur das, sondern auch die chemische Reaktion, die auftritt, wenn die Elektroden Luft ausgesetzt werden, die für Tiere und Menschen giftig ist. Aus diesen Gründen hat Exxon, "die Institution, die Whittingham finanziert hat", dieses Projekt eingestellt. Zu dieser Zeit waren lithium-batterien gefährlich, da Lithiummetall mit Wasser reagierte und dabei brennbares Wasserstoffgas freisetzte. Deshalb wurde nach der Notwendigkeit einer Alternative gefragt. Aus diesem Grund konzentrierten sich die Forschungen Anfang 1970 darauf, diese Alternative zu finden, bis JO Besenhard 1974 die Verwendung von Lithiumverbindungen anstelle von Lithiummetallen in Batterien vorschlug. Seitdem ist die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien jedes Jahr in die Höhe geschossen.
Es war das Jahr 1991, als Sony sein neues Produkt, den Lithium-Ionen-Akku, vorstellte. Seitdem wurde die kommerzielle Produktion von Lithium-Ionen-Batterien durchgeführt. Diese Erfindung ermöglichte es dem Hersteller, Mobiltelefone in einem viel kleineren Maßstab herzustellen.
Lithium-Ionen-Batterien werden aus sogenannten Zellen hergestellt. Jede Zelle davon besteht aus drei Komponenten; eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und eine chemische Komponente, die als Elektrolyt zwischen der positiven und der negativen Elektrode bezeichnet wird.
Die positive Elektrode in der Zelle besteht aus Lithium-Kobalt-Oxid. Die negative Elektrode besteht aus Graphit. Die Elektrolyte sind wie Oxide und Sulfide. Der Elektrolyt muss eine lange Haltbarkeit haben und eine hohe Mobilität für Lithiumionen bieten. Der Elektrolyt kann flüssig, polymer und fest sein.
Warum sind Lithium-Ionen-Batterien beliebt?
Lithium-Ionen-Batterien haben sich einen Ruf erarbeitet, den zumindest vorerst kein Produkt überwinden kann. Lithium-Ionen-Batterien haben sich als die beste Lösung für eine wiederaufladbare Energiequelle erwiesen. Darüber hinaus kann heutzutage Energie aus nachwachsenden Rohstoffen (Sonne und Wind) direkt in Lithium-Ionen-Batterien gespeichert werden.
Wissenschaftler glauben, dass es keinen Bedarf gibt, einen Ersatz für Lithium-Ionen-Batterien zu finden. Stattdessen besteht die gesamte aktuelle Forschungsarbeit darin, diese Batterien aufzurüsten. Seit der ersten Lithiumbatterie, die 1970 bis zu diesem Zeitpunkt entwickelt wurde, war alles, was vor Ort getan wurde, die Aufrüstung und Verbesserung derselben Batterie "Lithium-Ionen-Batterie".
Die aktuellen Forschungen konzentrieren sich auf die Entfernung der brennbaren Flüssigkeit aus dem Inneren der Lithium-Ionen-Batterien. Die Flüssigkeit, die dazu führen kann, dass sich diese Batterien entzünden. Das nennt das neue Upgrade eine Festkörperbatterie.
Erwähnenswert ist auch, dass die Lithium-Ionen-Batterien heute die wirtschaftlichste Lösung für tragbare Energiequellen sind. Ihre Herstellungspreise sind sehr erschwinglich geworden, so dass sie die erste Wahl für jeden einzelnen Hersteller von Mobiltelefonen, Laptops und sogar Elektroautos sind.
Ein weiterer Grund, der die Lithium-Ionen-Batterien - zumindest vorerst - unersetzlich macht, ist ihre Größe. Das Lagern von Lithium-Ionen-Batterien in loser Schüttung ist eine einfache Aufgabe. Sie sind kompakt, klein, flexibel und vielseitig. Sie können einfach und problemlos aufbewahrt werden. Darüber hinaus ist ihre Haltbarkeit phänomenal. Eine Batterie kann bis zu zehn Jahre gelagert werden.
Die Forschung konzentriert sich nun auch darauf, wie Lithium-Ionen in alle energiespeicheraspekte integriert werden können. Das Problem, mit dem sie konfrontiert sind, ist jedoch die Entladungsrate, die relativ gering ist. Die Herausforderung besteht nun darin, einen Lithium-Ionen-Akku mit einem sehr langsamen Entladesystem herzustellen, der länger als einen Tag halten kann. Darüber hinaus befassen sich die Forscher auch mit der Größe dieser Batterien. Sie wollen eine kleine Batterie mit großer Kapazität herstellen. Wie bereits erwähnt, hatten die Batterien von Elektroautos früher etwa zwei Töne, heute sind sie nur noch 300 kg. Wenn sie es noch weniger machen könnten, wäre es ein großer Schritt in die richtige Richtung.
Darüber hinaus wird die Integration von Lithium-Ionen-Batterien in mehr Anwendungen letztendlich den Planeten retten. Das liegt daran, dass Sie - wie bereits erwähnt - jetzt Energie aus erneuerbaren Ressourcen in der Batterie speichern können. Dadurch wird der Bedarf an fossilen Brennstoffen verringert. Wenn es uns gelungen ist, den Bedarf an fossilen Brennstoffen sogar um 5% pro Jahr zu senken. Dann würde unser Planet in weniger als einem Jahrhundert vor den schädlichen Emissionen gerettet, die durch die Verwendung fossiler Brennstoffe entstehen.
Wie funktioniert Lithium in der Batterie?
Lithium-Ionen-Batterien haben den gleichen Arbeitsmechanismus. Wenn die Batterie geladen wird, gibt das Lithium-Kobaltoxid "die positive Elektrode" einen Teil seiner Lithiumionen ab, diese Ionen bewegen sich durch den Elektrolyten zur negativen Elektrode "dem Graphit" und sinken dort ab. Die Batterie speichert während dieses Vorgangs Energie. Nach dem Ladevorgang und während des Entladens; Die Lithium-Ionen wandern wieder über den Elektrolyten von der negativen zur positiven Elektrode zurück, was wiederum Energie erzeugt, die das Gerät antreibt, an das die Batterie angeschlossen ist.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien verfügen Lithium-Ionen-Batterien über integrierte elektronische Steuerungen. Diese Steuerungen regeln das Laden und Entladen der Batterien. Diese Steuerungen verhindern eine Überladung und Überhitzung, die in einigen Fällen zur Explosion von Lithium-Ionen-Batterien führen kann.
Während des Lade- und Entladevorgangs in den Lithium-Ionen-Batterien fließen Elektronen in die entgegengesetzte Richtung der Bewegung der Ionen um den äußeren Stromkreis. Es ist wichtig zu beachten, dass Elektronen nicht durch den Elektrolyten selbst fließen. Der Elektrolyt ist effektiv eine isolierende Barriere und beeinflusst die Bewegung der Elektronen nicht.
Ionenbewegung im gesamten Elektrolyten und Elektronen, die sich in entgegengesetzter Richtung um den externen Stromkreis bewegen, sind zwei miteinander verbundene Prozesse. Wenn eine dieser Bewegungen stoppt, stoppt auch die andere. Wenn die Batterie vollständig entladen ist und sich keine Ionen mehr durch den Elektrolyten bewegen, bewegen sich die Elektronen gleichzeitig nicht mehr durch den äußeren Stromkreis. Aus diesem Grund verlieren Sie die Stromversorgung Ihres Geräts.
Die Entladung erfolgt mit hoher Geschwindigkeit, wenn das mit dem Lithium-Ionen-Akku betriebene Gerät eingeschaltet ist. Die Entladung erfolgt jedoch auch dann, wenn das Gerät ausgeschaltet ist. Das ist ein Nachteil für die Lithium-Ionen-Batterien.
Um zusammenzufassen, wie Lithium-Ionen funktioniert, ist es wie folgt:
"" Während des Ladens fließen Lithiumionen im gesamten Elektrolyten von der positiven Elektrode zur negativen Elektrode.
"" Elektronen fließen auch von der positiven Elektrode zur negativen Elektrode um den äußeren Stromkreis.
"" Elektronen und Ionen verbinden sich an der negativen Elektrode und lagern dort Lithium ab.
"" Wenn keine Ionen mehr zum Fließen vorhanden sind, ist der Akku vollständig aufgeladen und kann verwendet werden.
"" Während des Entladevorgangs fließen die Ionen durch den Elektrolyten zurück. Rückfluss von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode. Die Elektronen fließen von der negativen zur positiven Elektrode, jedoch im gesamten äußeren Stromkreis. Dieser Vorgang versorgt Ihr Gerät mit Strom.
"" Wenn alle Ionen in der Batterie zurückbewegt werden, ist die Batterie vollständig entladen und muss erneut aufgeladen werden.
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