リチウム電池の化学式-化学分析

リチウムイオン電池は、最近のすべての電池の中で最高です。携帯電話やラップトップで仕事のやり方を変えたり、友人、同僚、小売業者、さらには見知らぬ人とコミュニケーションをとることができるのは、私たちのデバイスです。スマートフォンのエネルギー要件により、1時間以内に母親と話すことができ、ビデオを見たり、仲間にテキストを送信したり、音楽を聴いたり、オンラインで靴を購入したり、ナビゲーションの道順を調べたり、日中に写真を撮ったりすることができます。私たちのスマートフォンのパワーは1時間未満です。これは、日々発展している進歩と新技術によってすべて可能です。電池の世界で最新の技術の1つは、今後数年間で肝臓を楽にするためにさらに処理されているリチウムイオン電池です。

この記事では、リチウムイオン電池の化学分析について説明します。

リチウム電池にはどのような化学物質が含まれていますか？

市場で最も一般的に使用されているアノード（正極）はグラファイトです。一般にカソードとして知られている負極は、通常、コーティングされた酸化物（例、コバルト酸化物）、ポリアニオン（例、リチウム鉄のリン酸塩）、またはスピネル（例、リチウムマンガン酸化物）の3つの材料のいずれかで構成されます。さらに、電解液もバッテリーで使用され、反応全体を完了します。これらは、リチウムイオン電池で通常使用される化学物質です。

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名前が示すように、バッテリー駆動反応はリチウムイオン（Li +）によって引き起こされます。両方のリチウムイオンセル電極は、リチウムイオン（NiMHバッテリー水素化物イオンのようなもの）を挿入または「吸収」できる材料で構成されています。インターカレーションは、ロードされた元素イオンがホスト材料構造内で大幅に破壊されることなく「摩耗」する可能性がある場合に発生します。アノードの構造では、リチウムイオン電池のリチウムイオンは光子に「押し込まれ」ます。バッテリーが放電すると、挿入されたリチウムイオンがアノードから放出され、電解質溶液によってカソードに吸収（挿入）されます。

リチウムイオンのバッテリーは完全に放電した状態で始まります。すべてのリチウムイオンは挿入されたカソード内にあり、その化学的性質はまだ電気を生成していません。充電器を使用する前に充電する必要があります。バッテリーが充電されると、カソードが酸化反応を引き起こし、その結果、負の電子が失われます。正に帯電した同量の挿入リチウムイオンが電解液に溶解し、カソードの帯電バランスを維持します。グラファイトが点在するアノードに行きます。この反応はまた、リチウムイオンを「完成」させるために、電子をグラファイトアノードに配置します。

リチウム電池はどのように機能しますか？それは化学とは何ですか？

他のすべてのバッテリーと同様に、セルと呼ばれる1つ以上の発電コンパートメントは、充電式リチウムイオンバッテリーでできています。各セルの3つの要素は、基本的に次のとおりです。正（正または+端子バッテリーに接続）、負（負または-端子に接続）電極、およびそれらの間の電解質と呼ばれる化学物質がリチウム電池で使用されます。負極は通常、コバルト酸リチウム、または新しく取り付けられたバッテリー（LiFePO4）のリン酸鉄リチウムでできています。正極は通常カーボン（グラファイト）でできており、電池によって異なります。しかし、バッテリーがどのように機能するかについての基本的な理解は、理解するにはあまりにも重要です。

同じ動作がすべてのリチウムイオン電池に適用されます。コバルト酸リチウムの負極は、リチウムイオンの一部を放出します。リチウムイオンは、電解質を介して黒鉛の正極に渡され、そこに残ります。このサイクルを通して、バッテリーはエネルギーを消費して蓄えます。バッテリーが放電すると、リチウムイオンは電解質を介して正極に戻り、バッテリーに電力を供給するエネルギーを生成します。いずれにせよ、電子は反対方向に外部回路の周りのイオンに移動します。電子に関する限り、電解質を通る電子の動きはありません。それは隔離障壁です。

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イオン（電解質を通過）と電子（外部回路に沿って反対方向）は一緒に移動し、他のプロセスがあれば停止します。イオンが電解質を通過するのを止めると、電子も移動できなくなります。バッテリーが完全に放電するため、制御が失われます。同様に、バッテリーに電力を供給するもの、つまりイオンストリームをオフにすると、電子の流れが止まります。バッテリーは高速で放電を停止します（ただし、デバイスが取り外されていても、非常に低速で放電を続けます）。

単純なバッテリーと比較して、リチウムイオン制御は負荷と放電のプロセスを制御します。特定の状況でリチウムイオン電池が爆発する可能性のある過充電や過熱を回避します。

リチウム電池にはどのくらいのリチウムが含まれていますか？

二次電池には、さまざまな化学物質が使用され、まったく異なる反応に分離されます。主な違いは、充電式バッテリーの化学反応は可逆的であるということです。体が放電してバッテリーが電気を消費すると、反応が交互に起こります。バッテリーが充電され、バッテリーが電気を吸収すると、反応は反対方向に進みます。このような化学反応は両方向に数百回発生する可能性があり、標準の充電式バッテリーは、2年から3年から10年の使用可能な耐用年数を提供します（頻度と程度によって異なります）。

さまざまなカソードと電解質、およびアノードとしてのすべての金属リチウムを含む、さまざまなリチウム金属のファミリーは、「リチウム電池」という用語を指します。バッテリーは、バッテリーに1 kWhあたり0.15〜0.3 kgのリチウムを使用します。これはかなり少ない量ですが、非常に危険であり、適切に処理しないと爆発しやすいため、安全装置なしでは使用できません。ただし、リチウムイオン電池は、酸化リチウムである「純リチウム」を使用していません。インターカレーションバクテリアの生産では、エネルギーを達成するためにリチウムイオンセルにリチウム塩が使用されます。さらに、バッテリーに使用されているリチウムの量を知りたい場合は、バッテリーに記載されている説明書またはガイドブックを読んで、より良い知識を得ることができます。