Baterías de iones de litio

El principio de funcionamiento de cualquier batería eléctrica es la acumulación de energía eléctrica durante una reacción química que ocurre cuando una corriente eléctrica de carga fluye a través de una batería, y la generación de energía eléctrica cuando fluye una corriente de descarga durante una reacción química inversa.

La reversibilidad de la reacción química en la batería le permite descargar y cargar la batería repetidamente. Esta es la ventaja de las baterías sobre las fuentes de corriente desechables, baterías ordinarias, en las que solo es posible descargar corriente.

Como el medio para la transferencia de carga de un electrodo de batería a otro, se usa un electrolito, una solución especial, debido a la reacción química de la cual con el material en los electrodos, son posibles reacciones químicas directas e inversas en la batería, lo que hace posible cargar la batería y su rango

Hoy, uno de los tipos de baterías más prometedores es batería de iones de litio. En estas baterías, el aluminio actúa como electrodo negativo (cátodo) y el cobre como electrodo positivo (ánodo). Los electrodos pueden tener una forma diferente, como regla general, es una lámina en forma de cilindro o un paquete oblongo.

Aplicar sobre papel de aluminio material de cátodo, que con mayor frecuencia puede ser uno de tres: cobaltato de litio LiCoO2, ferrofosfato de litio LiFePO4 o espinela de manganeso de litio LiMn2O4, y se aplica grafito a una lámina de cobre. El ferrofosfato de litio LiFePO4 es el único material de cátodo actualmente seguro en términos de riesgo de explosión y respeto al medio ambiente en general.

Los electrolitos poliméricos que pueden incorporar sales de litio en su composición, debido a su plasticidad, permiten producir baterías de iones de litio con una gran superficie interna y casi cualquier forma, y ​​esto aumenta significativamente tanto la capacidad de fabricación de la producción como las dimensiones generales.

En el proceso de cargar dicha batería, los iones de litio se mueven a través del electrolito y se incrustan en la red cristalina de grafito en el ánodo, compuesto de grafito de litio LiC6. Durante la descarga, ocurre el proceso inverso: los iones de litio se mueven al cátodo (oxidante) desde el ánodo, y los electrones se mueven en el circuito externo al cátodo, como resultado, el proceso adquiere neutralidad eléctrica.

El voltaje nominal de una batería de iones de litio es de 3.6 voltios, sin embargo, la diferencia de potencial durante la carga puede llegar a 4.23 voltios. En relación con este hecho, la carga se produce al voltaje máximo permitido de no más de 4,2 voltios.

Algunos compuestos de litio pueden encenderse fácilmente si se excede el voltaje, por lo tanto, tradicionalmente, están integrados en baterías de iones de litio controladores de nivel de cargaque no permiten exceder el voltaje crítico. Otra característica de seguridad es la válvula integrada para aliviar el exceso de presión dentro de la bolsa.

Las baterías de iones de litio ya han ocupado el lugar que les corresponde en el mercado de los electrodomésticos portátiles. Estas son baterías para teléfonos celulares, cámaras, videocámaras, tabletas, reproductores, etc.

Ferrofosfato de litio LiFePO4 Se considera el material de cátodo más prometedor debido a su respeto al medio ambiente. El cobaltato de litio LiCoO2, a su vez, es tóxico y dañino para el medio ambiente, y para las baterías basadas en él, solo el 50% de los iones se pueden extraer de la estructura del compuesto, porque si elimina completamente el litio, la estructura se volverá inestable, el cobalto entrará en estado de oxidación + 4 y podrá oxidar el oxígeno, y el oxígeno atómico liberado oxidará el electrolito, y se producirá una explosión.Las baterías de alta capacidad (basadas en LiCoO2) son extremadamente explosivas.

El ferrofosfato de litio LiFePO4 fue propuesto como material catódico de las baterías para dispositivos más potentes en 1997 por John Goodenough.

El ferrofosfato de litio está presente en la corteza terrestre y no creará ningún problema ambiental en el futuro. El oxígeno no se puede liberar de él, ya que todo está fuertemente unido por el fósforo con la formación de un ion fosfato estable. Sin embargo, para la posibilidad de usar este material, tenía que fragmentarse en pequeñas partículas, de lo contrario seguiría siendo un aislante debido a su muy baja conductividad. Las partículas se hicieron laminares con tamaños pequeños a lo largo de la dirección de movimiento de los iones de litio, luego se recubrieron con una capa nanométrica de carbono.

Dichas nanopartículas de LiFePO4 pueden cargarse en 10 minutos, y si el recubrimiento aún se modifica, el tiempo de carga se reducirá a 1-3 minutos. En el futuro, es este material el que podrá suministrar energía a los vehículos eléctricos durante 10 años. Ciclo de carga y descarga tecnológicamente posible en 5-10 minutos con total seguridad.

Desde el punto de vista de la ciencia moderna, el desarrollo y lanzamiento de incluso nanoacumulador portátil No llevará mucho tiempo esperar, y la palabra es solo para la amplia implementación tecnológica de los desarrollos. En cuanto a las perspectivas de los vehículos eléctricos, ahora podemos suponer que se convertirán en el principal modo de transporte en las ciudades del futuro cercano.