ארבעת המרכיבים של סוללת ליתיום
רבים ממגני מכשירי חשמל ביתיים מתאמצים כעת לשחרר שואבי אבק אלחוטיים.
אנשים רבים מעריצים את המכשיר הזה מכיוון שהוא קל מספיק עבור אפילו צעיר להשתמש בו ועדיין בעל חוזק יניקה מעולה.
סוללות Li-ion אפשרו ליצור שואבי אבק אלחוטיים, בעיקר.
צפיפות אנרגיה גבוהה אך בהיותן קלות סוללות Li-ion הן יעילות יותר ובעלות קיבולת גבוהה יותר מאשר סוללות רגילות.
נמצאים בשימוש תדיר במגוון תחומים, כולל כלי עבודה חשמליים, מערכות אחסון אנרגיה, מכשירי חשמל זעירים וציוד IT.
כמו גם מכוניות חשמליות.
היום, בואו נבחן סוללות Li-ion מלמעלה למטה.
קתודה, אנודה, אלקטרוליט וסוללת ה-Li-ion מורכבים מארבעה רכיבים.
מפריד
קתודה, אנודה, אלקטרוליט ומפריד הם ארבעת המרכיבים החיוניים של סוללת ליתיום-יון.
סוללת Li-ion זקוקה לכל רכיב ורכיב שכן היא אינה יכולה לפעול אם אחד מהם נעדר.
ה"קתודה" של סוללת Li-ion משפיעה על הקיבולת והמתח שלה.
הליתיום בסוללת ליתיום-יון עובר תהליכים כימיים להפקת חשמל.
מסיבה זו, ליתיום מוכנס באופן טבעי לסוללה, והאזור בו נמצא הליתיום מכונה "קתודה".
תחמוצת ליתיום מנוצלת לקתודות מכיוון שהליתיום בצורתו היסודית, המורכבת מליתיום וחמצן, אינו יציב.
המונח "חומר פעיל" מתייחס לחומר כמו תחמוצת ליתיום שחוסם את תגובת האלקטרודה של הסוללה האמיתית.
במילים אחרות, תחמוצת ליתיום משמשת כמרכיב הפעיל בקתודה של סוללת Li-ion.
ניתן לראות רדיד אלומיניום דק המשמש לתמיכה במסגרת המצופה של הקתודה אם מסתכלים על הקתודה מקרוב.
באמצעות תערובת של חומר פעיל, תוסף מוליך וחומר מקשר.
יוני ליתיום קיימים בחומר הפעיל, ונוסף תוסף מוליך לשיפור המוליכות;
בנוסף, הקלסר משמש כדבק כדי לסייע בהדבקה תקינה של התוסף המוליך והחומר הפעיל למצע האלומיניום.
תכונות הסוללה מושפעות מאוד מהקתודה.
מכיוון שסוג החומר הפעיל של הקתודה משפיע על המתח והקיבולת של הסוללה.
הקיבולת גדלה עם כמות הליתיום הקיימת, והמתח עולה עם גודל הפרש הפוטנציאל בין הקתודה לאנודה.
בהתאם לסוג, ההבדל הפוטנציאלי בין אנודות לקתודות הוא בדרך כלל מינורי עבור אנודות ומשמעותי במידה מסוימת עבור קתודות.
כתוצאה מכך, לקתודה יש חשיבות מכרעת בקביעת המתח של הסוללה.
"אנודה" מעבירה אלקטרונים במורד חוט.
מצע האנודה מכוסה בחומר פעיל, בדיוק כמו הקתודה.
תפקידו של החומר הפעיל של האנודה הוא לאפשר לזרם חשמלי לעבור דרך המעגל החיצוני.
יוני ליתיום הנפלטים מהקתודה יכולים להיספג או להשתחרר באופן הפיך תוך כדי.
יוני ליתיום נשמרים באנודה, לא בקתודה, כאשר הסוללה נטענת.
כאשר הקתודה והאנודה מחוברים כעת באמצעות חוט מוליך (במצב פריקה),
האלקטרוליט מאפשר באופן טבעי ליוני ליתיום לחזור לקתודה,
והאלקטרונים המופרדים של יוני הליתיום (e-) זורמים במורד החוט תוך הפקת חשמל.
שימוש בגרפיט בעל מבנה יציב לאנודות וציפוי חומר פעיל על מצע האנודה
קלסר ותוסף מוליך.
המאפיינים האידיאליים של הגרפיט, כלומר היציבות המבנית שלו ותגובתיות אלקטרוכימית נמוכה,
החומר נחשב כמתאים לשימוש כאנודה בהתחשב בסבירות שלו וביכולתו לאחסן כמויות גדולות של יוני ליתיום.
"אלקטרוליט" מאפשר אך ורק ניידות יונים.
נאמר שיוני ליתיום זורמים דרך האלקטרוליט תוך כדי דיון על קתודה ואנודה.
והחוט מלא באלקטרונים.
זה חיוני כדי לאפשר לסוללה לצרוך חשמל.
לא נוכל להשתמש בחשמל והבטיחות שלנו תהיה בסכנה אם יונים יעברו דרך האלקטרוליט.
היסוד הממלא תפקיד מכריע זה הוא האלקטרוליט.
הוא פועל כצינור המאפשר רק ליוני ליתיום לנוע קדימה ואחורה בין הקתודה לאנודה.
חומרים עם מוליכות יונית גבוהה משמשים בעיקר עבור האלקטרוליט, כך שיוני ליתיום עשויים לנוע קדימה ואחורה בקלות.
ישנם מלחים, ממיסים ותוספים באלקטרוליט.
יוני ליתיום זורמים דרך המלחים, המומסים בנוזלים אורגניים הנקראים ממיסים.
ולמטרות מסוימות, התוספים מוכנסים בכמויות מוגבלות.
שיטה זו של ייצור אלקטרוליט מונעת מעבר של אלקטרונים ומאפשרת רק זרימת יונים אל האלקטרודות.
בנוסף, סוג האלקטרוליט משפיע על מהירות נדידת יוני הליתיום.
לכן, ניתן להשתמש רק באלקטרוליטים העומדים בדרישות מחמירות.
"מפריד", המחיצה הבלתי חדירה המפרידה בין קתודה לאנודה
האלקטרוליט והמפריד מגדירים את בטיחות הסוללה, בעוד שהקתודה והאנודה קובעים את הביצועים הבסיסיים של הסוללה.
מפריד מרחיק את הקתודה והאנודה בנפרד בכך שהוא פועל כמחסום פיזי.
זה מאפשר בזהירות רק ליונים לעבור דרך החור הזעיר הפנימי תוך חסימת מעבר ישיר של אלקטרונים.
לפיכך הוא חייב לעמוד בכל הדרישות הפיזיקליות והאלקטרוכימיות.
מפרידי השרף הסינטטי של היום, כגון פוליאתילן (PE) ופוליפרופילן (PP), זמינים מסחרית.
בדקנו את ארבעת הגורמים המרכזיים המשפיעים על התפקוד של סוללות Li-ion עד כה.
נכון לעכשיו, Samsung SDI מגבירה את המחקר והפיתוח של חומרים חדשים לשיפור ביצועי הסוללה.
תוך שהיא ממשיכה בתקיפות את מאמציה לשפר את הפונקציונליות של החומרים הנוכחיים וטכנולוגיות מפתח.
באמצעות פיתוח סוללות Li-ion בעלות קיבולת גבוהה ויעילות גבוהה,
Samsung SDI רוצה להוביל את הדרך בפיתוח סוללות שישפרו את איכות החיים של אנשים בכל רחבי העולם.
