リチウムイオン電池の背後にある科学：化学反応式！-battery-knowledge

1912年頃、GWルイスという名前の科学者がリチウムを動力源とする電池の研究を始めました。コンセプトが生まれたのはこの時でした。しかし、それらは1970年代初頭まで正式に導入されませんでした。これらの電池の陽極はリチウムでできています。

それらは長持ちしますが、ユニットあたりのコストも高くなります。異なるバッテリーで使用されるリチウムイオンには6つの異なるタイプがあります。それらのすべてには、独自の長所と短所があります。ただし、最適なのはリン酸鉄リチウム（LiFePO4）です。この電極は安全に使用でき、乱用に耐性があります。これはまた、長寿命と優れた熱バランスを提供します。これらは通常、ハンドヘルドデバイスで使用されます。これらの電池に使用されているもう1つの電極はグラファイトでできています。それらの高密度充電は、アルカリ電池とは一線を画しています。それらは1.5Vからほぼ3.7Vの高電圧を生成することができます。電圧はリチウムに依存します。ボルトの主な決定要因は、使用されるリチウムイオンの品質とバッテリーの設計です。この記事では、リチウム電池で使用される化学反応式についてさらに説明します。

リチウムイオン電池には何百万もの用途があります。その中で最も一般的なのは医学の分野です。パーソナルアシスタントにも使用されます。リチウムイオン電池の使用は無限大です。 PDA、血圧/糖尿病メーター、その他多くのポータブルデバイスなど。アルカリ電池と比較すると、これらの電池はコストが高くなります。しかし、長寿命のボーナスは、私たちが支払わなければならない数ドルの追加の価値があります。それらはまた再調整することができ、長持ちします。

リチウム電池の利点は、酸素や水素などの有害ガスを排出しないことです。また、リチウム電池はイオン間の強い分子結合を促進します。それは彼らに特徴的な長寿命と熱バランスを与えます。これらの電池は、ほぼ3つまたは4つのアルカリ電池に等しいエネルギーを収容できます。それでも、それはポータブルでコンパクトです。これにより、他の利用可能なバッテリーよりも優れています。

したがって、主な問題は、そのような小さなバッテリーがどのようにしてそのような大きな発電所をそれ自体の中に収容するかということです。答えはかなり簡単です。リチウムイオン電池には、それを裏付ける複雑な化学反応式があります。次の見出しで、これらの方程式をよりよく理解してみましょう。

リチウムイオン電池の化学反応は何ですか？

リチウムイオン電池には、リチウム[Li +]イオンが含まれています。彼らはリチウムイオン電池のすべての反応に関与しています。すべてのタイプのバッテリーには2つの電極があります。アノードおよびカソードと呼ばれます。リチウムイオン電池では、両方の電極がリチウムイオンを簡単に挿入できる材料でできています。これは、リチウムイオン電池に存在する両方の電極が、リチウムイオンを吸収できる材料で構築されている必要があることを意味します。

簡単に言えば、インターカレーションとは、イオンの特性を乱すことなく、帯電したイオンを材料内に保持することを意味します。ここで注意すべきことの1つは、ホスト材料がイオンの特性を乱してはならないということです。

リチウムイオンについて話しているとき、イオンはアノードの範囲内の電子に接続されています。バッテリーが放電すると、吸収されたイオンがアノードから放出されます。そして、リチウムイオンは電解質を通って陰極に向かって泳ぎます。

リチウムイオン電池は、放電からライフサイクル全体を開始します。リチウムイオンはすべてカソードに挿入されており、その化学的性質はそれ自体で電気を生成するほど進んでいません。したがって、バッテリーを使用する前に完全に充電する必要があるのはこのためです。バッテリーが充電されるとすぐに、カソードで酸化が発生します。これが、バッテリーが充電されたイオンの一部を失う理由です。これで、電解液にマイナスイオンが豊富に含まれます。平衡を維持するために、いくつかの正に帯電した挿入リチウムイオンが電解質に放出されます。次に、これらのイオンはすべてアノードに向かって移動し、グラファイトに挿入されます。

バッテリーが放電し始めると、リチウムイオンは上記のプロセス全体を逆転させます。すべてのリチウムイオンはアノードから脱インターカレートし、電解質を通ってカソードに向かって進みます。この反応により、アノードに結合していた電子が放出されます。これにより、バッテリーが実際の作業を実行できるようにするエネルギーの外部ワイヤーが生成されます。ここで、電子が移動しているとき、すべての負イオンと正イオンが動きとバランスを取ります。

すべてのイオンがカソードに戻ると、すべての反応が停止します。そして、バッテリーが放電してフラットになります。バッテリーを再充電すると、プロセス全体が再び開始され、バッテリーが電力を生成し始めます。

リチウムイオン電池の式は何ですか？

リチウムイオン電池の内部で起こる反応はそれほど複雑ではありません。しかし、それらは同時に非常に簡単ではありません。リチウムイオン電池内で使用される最も有名なイオンは、コバルト酸リチウムイオン（LiCoO2）です。

LiCoO2イオンカソードとグラファイトアノードを備えたバッテリー内で発生する反応は次のとおりです。

LiCoO2 + C？ Li1-xCoO2 + LixC

ここでの二重矢印は、可逆反応を表しています。前方矢印は充電を示し、後方矢印は放電を示します。

正極で起こる反応：

LiCo3 + O2？ xLi + + Li1-xCo4 + xCo3 + 1-xO2 + e-

負極で発生する反応：

C + xLi + + e-？ LixC