Acumulatori cu litiu

1. Definiție

Un acumulator sub formă solidă, cu un anod litiu, un catod iod-polivinil piridină, și un electrolit constând dintr-un strat de iodură de litiu. În funcţie de compuşii chimici de proiectare şi folosire, pilele litiu pot produce tensiuni de la 1,5 V la circa 3,7 V, de două ori peste tensiunea unui acumulator zinc-carbon obișnuit sau acumulator alcalin.

*SEI = Interfaza de electorlit solid

2. Descriere

Cel mai comun tip de pile litiu utilizate în aplicaţii de consum utilizează litiu metalic ca anod şi dioxid de mangan ca catod, cu o sare de litiu organic dizolvat într-un solvent.

Un alt tip de pile litiu având o densitate de energie mare este pila cu clorură de tionil de litiu. Acumulatorii cu clorură de tionil de litiu nu sunt, în general, vânduți pe piaţa de consum, şi pentru a găsi o utilizare în aplicațiile comerciale / industriale sunt instalații în dispozitive de înlocuire în cazul în care nu se efectuează consum. În această pilă, amestecul lichid de clorură de tionil (SOCl 2) şi tetracloroaluminat de litiu (LiAlCl 4) acţionează în calitate de electrolit şi respectiv, catod. Un material poros de carbon serveşte ca un colector de curent catodic, care primeşte electronii din circuitul extern. Acumulatorii cu clorură de tionil de litiu sunt bine adaptați pentru a funcționa cu curent extrem de redus în cazul în care actvitatea lungă de funcționare sunt necesare, cum ar fi sistemele de alarmă fără fir.

3. Structură

Acumulatorul litiu-ion reîncărcabil are o structură spiralată fiind compusă din 4 straturi. Un electrod pozitiv activat de cobalt acid de litiu, un electrod negativ activat de carbon special şi separatorul, acestea fiind unite sub forma unei spirale, amplasate într-o carcasă. De asemenea conține o varietate de sisteme de protecție cum ar fi o valvă pentru descărcarea gazului care ajută la prevenirea exploziei bateriei în urma eliberării presiunii gazului intern dacă aceasta depășește limita impusă.

4. Componentele

Cele trei componente primare funcţionale ale unui acumulator litiu-ion sunt anod , catod şi electrolit . Anodul este unul convenţional, litiu-ion făcut din carbon , catodul este un oxid de metal , iar electrolitul este o sare de litiu într-un organic solvent .

Materialul cel mai des utilizat pentru anod grafit . Catodul este alcătuit, în general, din trei materiale: un oxid stratificat (cum ar fi oxid de litiu-cobalt ), un polianion (cum ar fi litiu-fosfat de fier ), sau un spinel (cum ar fi oxid de litiu-mangan) .

Electrolitul este de obicei un amestec de carbonaţi organici (carbonat de etilenă sau carbonat de dietil) care conţin complecşi de ioni- litiu. Acești electroliţi utilizează, în general sărurile de anioni, cum ar fi hexafluorofosfat de litiu (LiPF6), hexafluoroarsenat monohidrat de litiu ( LiAsF6), perclorat de litiu (LiClO4), tetrafluorobromura de litiu (LiBF4), şi triflorură de litiu cu o molculă de CO3 (LiCF3 CO3).

În funcţie de materialele componente, tensiune, capacitate, durată de funcţionare,domeniul de activitate al unui acumulator litiu-ion se poate schimba dramatic.

Litiu pur este foarte reactiv . Acesta reacţionează puternic cu apa pentru a forma hidroxid de litiu şi hidrogen gaz. Astfel, un electrolit hidrofob şi un container sigilat pot exclude apă de la acumulatorul.

Acumulatorii litiu-ion sunt mai scumpi decât acumulatorii nichel-cadmiu, dar funcţionează într-un interval de temperatură mai mare cu o densitate de energie mai mare, fiind în acelaşi timp mai mici şi mai uşori. Aceștia sunt mai fragili si au nevoie de un circuit de protecţie pentru a limita tensiunea maximă.

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI – FACULTATEA DE CHIMIE APLICATĂ ȘI ȘTIINȚA MATERIALELOR