Cách thức hoạt động của pin Lithium-ion

Pin Lithium-ion hoạt động thông qua sự di chuyển của các ion lithium giữa hai điện cực: cực dương (thường làm bằng graphite) và cực âm (thường làm bằng oxit lithium coban, phosphate sắt lithium, hoặc các hợp chất lithium khác). Dưới đây là một phân tích chi tiết về cách chúng hoạt động:

1. Các thành phần của pin Lithium-ion:

   • Cực dương: Cực dương là điện cực âm, thường được làm bằng graphite. Khi xả pin, nó giải phóng các ion lithium đến cực âm và nhận các electron từ mạch ngoài.
   • Cực âm: Cực âm là điện cực dương, thường được làm bằng oxit kim loại lithium. Khi xả pin, nó nhận các ion lithium từ cực dương và giải phóng các electron vào mạch ngoài.
   • Chất điện giải: Đây là muối lithium trong dung môi hữu cơ, giúp di chuyển các ion lithium giữa cực dương và cực âm.
   • Lớp ngăn cách: Một màng mỏng xốp giữ cực dương và cực âm tách biệt để ngăn ngừa đoản mạch, đồng thời cho phép các ion lithium đi qua.
   • Bộ thu dòng điện: Làm bằng đồng (cho cực dương) và nhôm (cho cực âm), chúng dẫn dòng electron ra và vào pin.

2. Quá trình sạc:

   • Khi pin Lithium-ion đang được sạc, một điện áp bên ngoài được áp dụng buộc các electron di chuyển từ cực âm đến cực dương qua mạch ngoài.
   • Điều này làm cho các ion lithium trong cực âm được giải phóng và di chuyển qua chất điện giải về phía cực dương.
   • Tại cực dương, các ion lithium được chèn vào cấu trúc graphite (gọi là quá trình xen kẽ).

3. Quá trình xả:

   • Khi pin đang xả, các ion lithium di chuyển từ cực dương về cực âm qua chất điện giải.
   • Sự di chuyển của các ion lithium này giải phóng các electron từ cực dương, chúng di chuyển qua mạch ngoài để cung cấp năng lượng cho thiết bị (như điện thoại thông minh hoặc máy tính xách tay).
   • Các electron sau đó trở lại cực âm, nơi chúng tái hợp với các ion lithium.

4. Chu trình:

   • Quá trình này của các ion lithium di chuyển giữa cực dương và cực âm là có thể đảo ngược, cho phép pin được sạc và xả nhiều lần.
   • Theo thời gian, dung lượng của pin có thể giảm do các phản ứng phụ, sự suy giảm vật liệu và các yếu tố khác.

5. Cơ chế an toàn:

   • Pin Lithium-ion bao gồm các tính năng an toàn khác nhau để ngăn ngừa quá nhiệt, sạc quá mức và đoản mạch. Chúng có thể bao gồm van áp suất, cảm biến nhiệt độ và bộ điều khiển điện tử.

Hiểu được các quá trình này, chúng ta có thể thấy tại sao pin Lithium-ion được sử dụng rộng rãi: chúng cung cấp mật độ năng lượng cao, nhẹ và có thể sạc lại nhiều lần, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các thiết bị điện tử di động, xe điện và nhiều ứng dụng khác.