หลักการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมคืออะไร?

ลูกค้าจำนวนมากไม่เข้าใจหลักการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียม. บทความนี้รวมคุณลักษณะของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และลิเธียมไอออนเพื่อพูดคุยเกี่ยวกับความรู้ที่เกี่ยวข้อง

หลักการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมคืออะไร?

หลักการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมได้รับการพัฒนาโดยใช้คุณลักษณะของ "ลิเธียมไอออนสามารถพาอิเล็กตรอนได้" โดยทั่วไปแบตเตอรี่ลิเธียมจะทำมาจาก "สารประกอบลิเธียม" และ "วัสดุคาร์บอน" และลิเธียมไอออนสามารถถูกอินเทอร์คาเลทหรือดีอินเทอร์คาเลตในวัสดุทั้งสองนี้ได้ ในระหว่างกระบวนการของปรากฏการณ์นี้ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปพร้อมกับลิเธียมไอออนด้วย กระบวนการนี้สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นกระบวนการชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่ โครงสร้างภายใน วัสดุ และเทคโนโลยีที่ใช้นั้นแตกต่างกัน ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพโดยรวมของแบตเตอรี่ โดยเฉพาะแบตเตอรี่ลิเธียม

กระบวนการชาร์จและการคายประจุ

ดังที่เราทุกคนทราบกันดีว่าแบตเตอรี่แบ่งออกเป็นขั้วบวกและขั้วลบ โดยทั่วไปอิเล็กโทรดขั้วบวกจะทำจากวัสดุ "สารประกอบลิเธียม" ในขณะที่อิเล็กโทรดขั้วลบทำจากวัสดุ "คาร์บอน" พื้นที่ที่มีอิเล็กโทรดบวกและอิเล็กโทรดลบไม่ได้เชื่อมต่อกัน จะมีตัวคั่นและอิเล็กโทรไลต์อยู่ตรงกลาง ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของแบรนด์แบตเตอรี่ โครงสร้าง และเทคโนโลยีการใช้งาน โครงสร้างโดยรวม ปริมาตร และการกระจายภายในของแบตเตอรี่จะเปลี่ยนไปเล็กน้อย โดยทั่วไปไอออนลิเธียมจะถูกสร้างขึ้นในบริเวณอิเล็กโทรดบวก จากนั้นนำอิเล็กตรอนผ่านอิเล็กโทรไลต์ไปยังบริเวณอิเล็กโทรดลบ และเกิดการอินเทอร์คาเลชัน ปรากฏการณ์นี้สามารถย้อนกลับได้ ซึ่งเรียกว่ากระบวนการชาร์จและการคายประจุ ซึ่งหมายความว่าลิเธียมไอออนในพื้นที่อิเล็กโทรดลบสามารถกลับไปยังพื้นที่อิเล็กโทรดบวกได้ ซึ่งเรียกว่าดีอินเทอร์คาเลชัน

โดยปกติแล้วผู้คนเรียกลิเธียมไอออนที่นำอิเล็กตรอนเข้าสู่บริเวณอิเล็กโทรดลบว่าเป็นการชาร์จ และในทางกลับกันจากอิเล็กโทรดลบไปยังอิเล็กโทรดบวก ซึ่งเรียกว่าการคายประจุ แต่มีอีกจุดหนึ่งที่ไม่อาจละเลยได้ กล่าวคือ จะต้องมี "โหลด" ในวงจรทั้งหมดซึ่งเรียกว่าอุปกรณ์สิ้นเปลืองพลังงาน

โครงสร้างแบตเตอรี่ลิเธียม

หากดูโครงสร้างของแบตเตอรี่ลิเธียมอย่างใกล้ชิดจะซับซ้อนกว่าแต่หากดูโครงสร้างขนาดใหญ่ก็สามารถแบ่งออกเป็นสามส่วนโดยปกติจะแบ่งออกเป็นพื้นที่อิเล็กโทรดบวกซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีลิเธียมไอออนด้วย ถูกสร้างขึ้นและออกไป และพื้นที่อิเล็กโทรดลบก็เป็นพื้นที่ที่ลิเธียมไอออนถูกอินเทอร์คาเลทหรือดีอินเทอร์คาเลตด้วย
อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่าลิเธียมไอออนสามารถแทรกแซงหรือแยกส่วนได้ที่อิเล็กโทรดบวก แต่อิเล็กโทรดบวกและอิเล็กโทรดลบไม่สามารถสื่อสารกัน (มีหลายช่องทางที่ลิเธียมไอออนสามารถผ่านได้) และมี ไดอะแฟรมซึ่งเป็นอิเล็กโทรไลต์ (เพื่อความเข้าใจไม่จริง) มีเพียงลิเธียมไอออนที่บรรทุกอิเล็กตรอนเท่านั้นที่สามารถกระสวยในอิเล็กโทรไลต์และขนส่งอิเล็กตรอนไปมา

ปรากฏการณ์การโป่งของแบตเตอรี่ที่เกิดขึ้นในชีวิตประจำวันก็เกี่ยวข้องกับกระสวยไอออนลิเธียมเช่นกัน หากลิเธียมไอออนนำพาอิเล็กตรอนจำนวนมากไปยังบริเวณอิเล็กโทรดลบ หากลิเธียมไอออนที่มีประจุเหล่านี้ไม่สามารถกักเก็บได้ จะเกิดการประจุไฟเกินและการโป่งพอง มิฉะนั้นจะคายประจุมากเกินไป แม้ว่าทิศทางจะเป็นบวกและลบ แต่หลักการก็เหมือนกัน

บทสรุป:หลักการของแบตเตอรี่ลิเธียมเหมือนกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดและนิกเกิล แต่หลังจากการวิจัยหลายปี พบว่าลิเธียมไอออนมีความเหมาะสมเป็นสื่อสำหรับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนมากกว่าวัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบในแบตเตอรี่อื่นๆ