電池内部のリチウムがなぜ機能するのですか？

なぜ電池の中にリチウムがあるのですか？

英国の化学者M.スタンリーウィッティンガムは、1970年に最初にリチウムを使用して電池を製造することを提案しました。ウィッティンガムは硫化チタンとリチウムから作られた電極を使用しました。ホイッティンガムの充電式リチウム電池は、1970年代に最初に製造するのに非常に費用がかかったため、実用化することはできませんでした。それだけでなく、電極が動物や人間に有毒な空気にさらされたときに起こる化学反応もありました。これらの理由により、エクソンは「ウィッティンガムの努力に資金を提供した機関」がこのプロジェクトを閉鎖した。当時のリチウム電池は、リチウム金属が水と反応して可燃性水素ガスを放出するため、危険でした。そのため、代替案の必要性が求められました。そのため、1970年初頭の研究は、JO Besenhardが電池にリチウム金属の代わりにリチウム化合物を使用することを提案した1974年まで、その代替案を見つけることに焦点を当てていました。それ以来、リチウムイオン電池の開発は毎年急増しています。

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ソニーが新製品のリチウムイオン電池を発表したのは1991年。それ以来、リチウムイオン電池の商業生産が行われてきました。本発明により、製造業者ははるかに小規模な携帯電話を製造することができた。

リチウムイオン電池は、いわゆるセルから作られています。それらのすべてのセルは、3つのコンポーネントで構成されています。正極、負極、および正極と負極の間の電解質と呼ばれる化学成分。

セルの正極は、コバルト酸リチウムで設計されています。負極はグラファイト製です。電解質は酸化物や硫化物などです。電解質は、長い貯蔵寿命を持ち、リチウムイオンに対して高い移動度を提供する必要があります。電解質は、液体、ポリマー、および固体のものにすることができます。

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なぜリチウムイオン電池が人気なのですか？

リチウムイオン電池は、少なくとも当面の間、製品が克服できないという評判を築いてきました。リチウムイオン電池は、充電式エネルギー源に最適なソリューションであることが証明されています。それだけでなく、今日では、エネルギーは再生可能資源（太陽と風）から直接リチウムイオン電池に蓄えることができます。

科学者たちは、リチウムイオン電池の代替品を見つける必要はないと信じています。代わりに、現在の研究作業はすべて、それらのバッテリーをアップグレードすることです。 1970年に設計された最初のリチウム電池から現在に至るまで、現場で行われたのは同じ電池「リチウムイオン電池」のアップグレードと強化だけでした。

現在の研究は、リチウムイオン電池の内部から可燃性液体を除去することに焦点を当てています。それらのバッテリーを発火させる可能性のある液体。新しいアップグレードをソリッドステートバッテリーと呼びます。

リチウムイオン電池は現在、携帯型エネルギー源にとって最も経済的なソリューションであることも言及する価値があります。それらの製造価格は非常に手頃な価格になっており、すべての携帯電話、ラップトップ、さらには電気自動車メーカーにとってもナンバーワンの選択肢となっています。

リチウムイオン電池をかけがえのないものにするもう1つの理由は、少なくとも今のところ、そのサイズです。リチウムイオン電池をまとめて保管するのは簡単な作業です。それらはコンパクトで、小さく、柔軟性があり、用途が広いです。それらは簡単にそして手間をかけずに保管することができます。それだけでなく、それらの貯蔵寿命は驚異的です。 1つのバッテリーで最大10年間保管できます。

現在、研究はすべてのエネルギー貯蔵の側面でリチウムイオンを統合する方法にも焦点を合わせています。しかし、彼らが直面している問題は、比較的小さい排出率です。現在の課題は、1日以上持続できる非常に遅い放電システムを備えたリチウムイオン電池を製造することです。さらに、研究はこれらのバッテリーのサイズにも関係しています。彼らは大容量の小さなバッテリーを作りたいと思っています。前述のように、以前の電気自動車のバッテリーは約2トーンでしたが、現在はわずか300kgです。彼らがそれをさらに少なくすることができれば、それは正しい方向への大きな一歩になるでしょう。

さらに、リチウムイオン電池をより多くのアプリケーションに統合することで、最終的には地球を救うことができます。これは、前述のように、再生可能資源からのエネルギーをバッテリーに蓄えることができるためです。したがって、化石燃料の必要性を減らします。化石燃料の必要性を年間5％も削減することに成功した場合。そして今から1世紀も経たないうちに、私たちの惑星は化石燃料の使用から生じる有害な排出物から救われるでしょう。

リチウムはバッテリーでどのように機能しますか？

リチウムイオン電池は同じ動作メカニズムを持っています。バッテリーが充電されているとき、コバルト酸リチウム「正極」はそのリチウムイオンの一部を与え、これらのイオンは電解液中を移動して負極「グラファイト」に移動し、そこで沈静化します。このプロセス中のバッテリーはエネルギーを蓄えます。充電プロセス後および放電中。リチウムイオンは、電解質を横切って負極から正極に再び移動します。これにより、バッテリーが接続されているデバイスに電力を供給するエネルギーが生成されます。

従来の電池とは異なり、リチウムイオン電池には電子制御装置が内蔵されています。これらのコントローラーは、バッテリーの充電方法と放電方法を調整します。これらのコントローラーは、場合によってはリチウムイオン電池が爆発する原因となる過充電や過熱を防ぎます。

リチウムイオン電池の充電および放電プロセス中、電子は外部回路の周りのイオンの動きと反対の方向に流れます。電子は電解質自体全体に流れないことに注意することが重要です。電解質は効果的に絶縁バリアであり、電子の動きに影響を与えません。

電解質全体のイオンの移動と、外部回路の周りを反対方向に移動する電子は、2つの相互接続されたプロセスです。これらの動きのいずれかが停止すると、もう一方も停止します。バッテリーが完全に放電され、イオンが電解質を通過するのを停止すると、電子は同時に外部回路を通過するのを停止します。そのため、デバイスの電源が失われます。

リチウムイオン電池を搭載したデバイスの電源が入っていると、放電が高速で発生します。ただし、デバイスの電源がオフの場合でも放電が発生します。これは、リチウムイオン電池の欠点の1つです。

リチウムイオンがどのように機能するかを要約すると、次のようになります。

「」 充電中、リチウムイオンは電解液全体で正極から負極に流れます。

「」 電子はまた、外部回路の周りの正極から負極に流れます。

「」 電子とイオンは負極で結合し、そこにリチウムを堆積します。

「」 流れるイオンがなくなると、バッテリーは完全に充電され、使用できるようになります。

「」 放電プロセス中に、イオンは電解質を通って逆流します。負極から正極への逆流。電子は負極から正極に流れますが、外側の回路全体に流れます。このプロセスは、デバイスに電力を供給するものです。

「」 バッテリー内のすべてのイオンが元に戻ると、バッテリーは完全に放電され、もう一度充電する必要があります。