Pin Lithium là gì?
Pin Lithium đã khá quen thuộc với mọi người với nhiệm vụ cung cấp điện năng cho thiết bị điện tử sử dụng hàng ngày. Vậy Pin Lithium được hình thành và khám phá ra như thế nào, nguyên lý và cấu tạo của Pin Lithium ra sao? Cùng tìm hiểu chi tiết các thông tin về sản phẩm trong bài viết dưới đây nhé.
Lịch sử phát triển của pin Lithium
Ttingham là một nhà hóa học người Anh, ông sử dụng thành phần titan (IV) sulfua và kim loại lithi làm điện cực trong các phản ứng hóa học với nhau. Chính nhờ thế giúp cho phiên bản đầu tiên của Pin Lithium được hình thành. Tuy nhiên do chi phí sản xuất lớn cùng mùi của Titan disulfua quá nồng nặc và khó chịu nên phương pháp này không được phát triển.
Mãi đến năm 1980, John Goodenough là người Mỹ đã cho ra đời thế hệ mới của dòng Pin Lithium có nhiều điểm ưu việt hơn. Ông dùng thành phần lithium coban oxit trong thí nghiệm tạo ra pin. Phản ứng diễn ra khi chúng di chuyển qua pin từ điện cực này sang điện cực kia dưới dạng ion Li+ tạo ra dòng điện.
Năm 1983, Akira Yoshino giáo sư của Đại học Meijo, Nhật Bản, đã nghiên cứu và tạo ra viên Pin Lithium đầu tiên có thể sử dụng sạc tích trữ năng lượng. Nguyên lý sử dụng chủ yếu là dùng lithium cobalt oxit như cathode và polyacetylene làm cực dương. Đây là phát minh đầu tiên được xem là phiên bản tốt nhất của dòng Pin Lithium.
1991 công nghệ của Sony Energytec đã đưa Pin Lithium tiến vào thương mại hóa và mang đến cuộc cách mạng trong sản xuất pin điện tử.
Nguyên lý của Pin Lithium
Pin Lithium có thể khác nhau về hình dáng, cấu tạo và chất liệu nhưng nguyên lý vận hành thì lại giống nhau. Cụ thể:
Nguyên lý thiết kế cực của Pin Lithium: Nguyên lý thiết kế cực của Pin Lithium (Li-ion) là dựa trên nguyên tắc của phản ứng hóa học giữa ion lithium (Li+) và chất điện phân trong một dung dịch điện giải. Cấu trúc của Pin Lithium gồm có hai điện cực chính: anode và cathode. Anode là một lớp tinh thể graphite được bọc bởi một lớp nhựa polymer để ngăn chặn phản ứng hóa học giữa graphite và chất điện phân. Cathode được làm từ các chất hóa học khác nhau, và cung cấp năng lượng điện.
Nguyên lý sạc điện của Pin Lithium: Khi pin được kết nối với nguồn sạc, dòng điện được đưa vào pin thông qua các điện cực. Dòng điện này sẽ giúp các ion lithium trong tế bào điện hóa di chuyển từ điện cực dương đến điện cực âm của pin, và đồng thời giúp các electron di chuyển theo hướng ngược lại. Quá trình này sẽ gây ra một quá trình oxi-hoá và khử trên các tế bào điện hóa, giúp lưu trữ năng lượng điện.
Nguyên lý xả của Pin Lithium: Pin Lithium hoạt động dựa trên nguyên lý xả điện hóa. Các ion lithium trong pin di chuyển từ điện cực âm đến điện cực dương thông qua một chất điện giải (electrolyte) bên trong pin. Trong quá trình này, các electron sẽ được giải phóng từ điện cực âm và di chuyển đến điện cực dương thông qua một mạch điện ngoài, tạo ra dòng điện. Khi pin được sử dụng, các ion lithium di chuyển từ anode sang cathode, trong khi đó, các electron di chuyển theo chiều ngược lại từ cathode sang anode, tạo ra dòng điện và cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử. Khi pin bị xả hết, các ion lithium và electron sẽ ngừng di chuyển và pin sẽ không còn hoạt động được nữa.
Cấu tạo pin Lithium
Pin Lithium có cấu tạo khá đơn giản, pin có cấu tạo 1 điện cực âm, 1 điện cực dương, chất điện phân, bộ phân tách, bộ thu dòng điện. Chi tiết cấu tạo từng bộ phận như sau:
Điện cực dương Pin Lithium: Điện cực dương của Pin Lithium được làm từ kim loại Lithium (Li) hoặc hợp kim Lithium (LiCoO2, LiFePO4, LiMn2O4,…). Khi sạc pin, điện cực dương sẽ thu nhận electron và ion Lithium để tạo ra một điện trường, giúp pin lưu trữ năng lượng. Khi sử dụng pin, ion Lithium và electron sẽ di chuyển từ điện cực dương sang điện cực âm để tạo ra dòng điện.
Điện cực âm của Pin Lithium: Điện cực âm của Pin Lithium là một anốt, được làm bằng than chì hoặc cacbon. Trong pin Lithium, ion Lithium di chuyển từ điện cực âm tới điện cực dương (cathode) qua một chất điện phân như electrolyte. Trong quá trình sử dụng pin, Lithium bị oxy hóa tại anốt, giải phóng electron và ion Lithium vào electrolyte. Khi đó, electron di chuyển qua một mạch điện ngoài và tới điện cực dương, tạo ra dòng điện. Quá trình này được lặp đi lặp lại trong quá trình sử dụng pin, cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử được sử dụng.
Bộ phân tách của Pin Lithium: Bộ phân tách được làm bằng chất liệu chính PE hoặc PP có nhiệm vụ chính ngăn cách cực âm và cực dương.
Chất điện trong Pin Lithium: Trong pin Lithium, chất điện phân tử chủ yếu là ion lithium (Li+). Ion này được hoạt động trong một dung dịch chứa chất bảo vệ và chất tạo đóng kết điện giữa các điện cực. Nó giúp tạo ra một lớp màng cách điện trên bề mặt của cực âm, ngăn ngừa các phản ứng không mong muốn giữa lithium và các tác nhân khác, giảm thiểu sự hao hụt và kéo dài tuổi thọ của pin.
So sánh pin Lithium với ắc quy chì
Pin Lithium và ắc quy chì là hai loại pin được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử và các ứng dụng đòi hỏi điện năng. Tuy nhiên, chúng có những khác biệt cơ bản như sau:
- Thời gian sử dụng: Pin Lithium có thời gian sử dụng lâu hơn so với ắc quy chì. Pin Lithium có thể hoạt động trong nhiều giờ liên tục mà không cần phải sạc lại, trong khi ắc quy chì cần được sạc thường xuyên sau khi sử dụng.
- Trọng lượng: Pin Lithium nhẹ hơn và nhỏ hơn so với ắc quy chì, điều này làm cho chúng dễ dàng để vận chuyển và sử dụng trong các thiết bị di động.
- Hiệu suất: Pin Lithium có hiệu suất cao hơn so với ắc quy chì. Năng lượng được lưu trữ trong mỗi cell của pin Lithium nhiều hơn so với ắc quy chì, cho phép nó cung cấp năng lượng lớn hơn trong cùng một kích thước.
- Tuổi thọ: Pin Lithium có tuổi thọ lâu hơn so với ắc quy chì. Với sự tiến bộ của công nghệ, các loại pin Lithium hiện có thể sử dụng trong nhiều năm mà không bị giảm hiệu suất.
- Môi trường: Pin Lithium thân thiện hơn với môi trường hơn so với ắc quy chì. Ắc quy chì chứa các chất độc hại và có thể gây ô nhiễm môi trường khi chúng được bỏ đi.
Pin Lithium có bền không?
Độ bền của pin Lithium phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thương hiệu sản xuất, cách sử dụng và bảo quản của người dùng. Nếu sử dụng và bảo quản đúng cách, pin Lithium có thể sử dụng được trong một thời gian khá lâu, thường từ vài năm đến vài chục năm, tùy thuộc vào điều kiện sử dụng và bảo quản.
Trong quá trình sử dụng pin Lithium mọi người cần tuân thủ một số quy định để đảm bảo an toàn. Pin Lithium cần được sạc đúng cách và tránh tình trạng quá sạc hoặc quá xả, tránh va đập hoặc nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp. Khi không sử dụng, nên bảo quản pin ở nơi khô ráo, thoáng mát và tránh xa nguồn nhiệt.
Công nghệ pin Lithium ion
Công nghệ pin Lithium Ion là một trong những công nghệ pin sạc lại phổ biến nhất hiện nay và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị di động và các thiết bị điện tử khác. Mật độ năng lượng cao và tuổi thọ pin kéo dài là những ưu điểm quan trọng của công nghệ pin Lithium Ion.
Tuy nhiên, về cấu tạo, cực dương của pin Lithium Ion thường được chế tạo từ các vật liệu như lithi cobalt oxide (LiCoO2), lithium manganese oxide (LiMn2O4) hoặc lithium iron phosphate (LiFePO4). Cực âm được làm bằng cacbon.
Về quản lý, các pin Lithium Ion thường được thiết kế với các mạch bảo vệ để giảm thiểu rủi ro và tăng tuổi thọ của pin. Mạch bảo vệ này giúp giữ cho điện áp, dòng điện và nhiệt độ của pin trong phạm vi an toàn và ổn định. Tuy nhiên, đôi khi việc quản lý và theo dõi các thông số này có thể làm tăng chi phí đầu tư cho pin Lithium Ion.
Một số dòng pin Lithium Ion phổ biến hiện nay: Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2), Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4), Lithium Iron Phosphate (LiFePO4), Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (LiNiCoAlO2 hoặc NCA)…
Trên đây là toàn bộ thông tin về dòng pin Lithium phổ biến trên thị trường. Hiện pin được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghệ điện tử với nhiều tính năng thông minh và tiện dụng. Nếu bạn đang quan tâm đến sản phẩm hãy theo dõi Tuấn Hưng Phát để cập nhật thêm nhiều thông tin hơn nữa nhé.
