Jaké jsou kladné a záporné elektrody lithium-iontové baterie-průmysl-news | Velký výkon

U symbolů je plus lepší než mínus, dlouhý je lepší než krátký, takže si symbol baterie můžete zapamatovat jako kladný nebo záporný.

Pro fyzické baterie, kde je vyboulenina kladným pólem. Stejně jako některé elektronické baterie píší + pro kladný pól, – pro záporný pól.

Galvanický článek je kompletní stejnosměrný obvod. Elektrody a elektrolyty tvoří vnitřní obvod, který je zdrojem chemické energie. Vodiče připojené ke dvěma elektrodám, ampérmetru a dalším zátěžím tvoří vnější obvod. Proud baterie teče z kladného na záporný ve vnějším obvodu a ze záporného na kladný ve vnitřním okruhu. Kladné a záporné elektrody lze tedy posuzovat podle směru proudu (elektrony v kovovém vodiči proudí ve směru opačném k proudu). Ve skutečnosti jde o definici pozitivního a negativního.

Pokud neznáte směr proudu, můžete pozorovat, který pól elektrony ztrácí a který elektrony získává, a pak si poznamenejte směr elektronů (většinou ve vnějším obvodu je nosičem ve vnitřním obvodu volný ion, nikoli volný elektron), můžete také posoudit.

Ze dvou pólů galvanického článku je ten, kde se elektrony ztrácejí, oxidují, anoda, a ten, kde dochází k redukci elektronů, je katoda. Obecně platí, že anoda v galvanickém článku je také záporný pól a katoda je kladný pól. Je však třeba poznamenat, že anodové a katodové póly, stejně jako kladné a záporné póly, jsou různé pojmy. První se méně používá v galvanických článcích a popisuje hlavně elektrolytický článek.

Pokud nevíte, která elektroda byla oxidována a která byla redukována, můžete zkusit napsat rovnici elektrody, abyste zjistili, zda tam není rozpor. Tato metoda je ale obecně složitější. Obecně to tedy lze posoudit takto:

Pokud dojde k elektrodové reakci (oxid), pak je tato elektroda záporná;

Inertní elektroda (grafit, platina atd.) Neúčastní se reakce, pozitivní;

Palivový článek a některé další REDOX reakce, dvě elektrody se neúčastní reakce, konec oxidátoru (O2) je kladný v reakci na elektron.

Proud se pohybuje od kladného k zápornému a fyzikální směr proudu je buď směr směrového pohybu kladného náboje, nebo směr opačný, než je směrový pohyb záporného náboje, takže kladný pól se musí vzdát elektronů (ztrácet elektrony, oxidovat se) a naopak.

Kladnou elektrodou (katodou) je lithium kobaltová kyselina a mnoho složek těchto látek na hliníkové fólii.

Oxid lithný kobaltnatý je klíčovou součástí chemické reakce používané pro nabíjení a vybíjení (a grafitové reakce, jak je popsáno níže).

Přidání komponent má za cíl zlepšit výkon baterie, jako je snížení vnitřního odporu, zvýšení kapacity, zlepšení protikolizní výkonnosti, odolnosti proti výbuchu a požáru a tak dále. Přibyly zejména ohnivzdorné materiály.

Záporná elektroda (anoda) je grafit (nano toner) pokrytý měděnou fólií.

Reakční rovnice jsou následující:

O pozitivní reakci na

LiCoO2 = = Li1 – nabíjení xCoO2 + Xli ++ Xe (elektronické)

Reakce na katodě

6C + XLi ++ Xe ===== LixC6

Kvalifikovaná lithium-iontová baterie musí z bezpečnostního hlediska splňovat následující podmínky:

(1) Zkrat: žádný požár, žádný výbuch

(2) Nabíjení: žádný požár, žádný výbuch

(3) Test horké komory: žádný požár, žádný výbuch (teplota 150℃ 10min)

(4) Jehlový hrot: žádný výbuch (při pronikání do 3 mm F buněk)

(5) Tablet: žádný požár, žádný výbuch (hmotnost 10 kg z výšky 1 m v blízkosti baterie)

(6) Spalování: Bez výbuchu (baterie s plynovým plamenem)

Až dosud byly kvalifikované lithiové baterie díky technologickým vylepšením velmi bezpečné.

Princip a technologický postup lithium-iontové baterie

Konstrukce kladného pólu 1.0

LiCoO2 (lithium-kobaltová kyselina) + vodivé činidlo (acetylenová čerň) (PVDF) + + lepicí kapalina (hliníková fólie) pozitivní

2.0 negativní pólový design

Grafit + vodivé činidlo (acetylenová čerň) + zahušťovadlo (CMC) + pojivo (SBR) + kapalina (měděná fólie) negativní

pracovní princip 3.0

Proces nabíjení 3.1

Napájecí zdroj pro dobíjení baterie znázorněný výše, na kladném elektronu e, pracujícím na katodě přes vnější obvod, lithium ion Li + „vyskočí“ z kladného elektrolytu, „proleze“ otvory vinutí membrány, „plave“ se dostane ke katodě a bude utíkat, aby se spojil.

O pozitivní reakci na

LiCoO2 = = Li1 – nabíjení xCoO2 + Xli ++ Xe (elektronické)

Reakce na katodě

6C + XLi ++ Xe ===== LixC6

3.2 proces vykládky

Výboj se dělí na stejnosměrný výboj a výboj s konstantním odporem. Ve vnějším obvodu je skutečně přítomen stejnosměrný proud, zatímco proměnný odpor se může měnit se změnou napětí. Myšlenkou za konstantním odporovým vybíjením je přidat odpor k anodě a katodě baterie, aby jimi mohl proudit elektrony. Dokud tedy katodový elektron nemůže proudit z katody na anodu, baterie se nevybije. Elektrony a Li+ proudí současně, ve stejném směru, ale po různých drahách. Během vybíjení proudí elektrony ze záporného pólu přes elektronový vodič ke kladnému pólu. Lithium-iontový Li+ „skočí“ do elektrolytu ze záporného pólu, „proleze“ malými klikatými otvory v membráně, „přeplave“ ke kladnému pólu a spojí se s elektrony, které sem již dorazily.

Stránka obsahuje strojově přeložený obsah.

• Předchozí článek：Jak zkontrolovat kapacitu lithium-iontové baterie？
• Další článek： Jak zkontrolovat, zda je vaše baterie plně nabitá

V poslední době byly učiněny důležité objevy v oblasti dobíjecích baterií (někdy nazývaných sekundární články) a velkou část této práce lze připsat vývoji elektrických vozidel. Tato práce pomohla získat Nobelovu cenu za chemii za rok 2019 za vývoj lithium-iontových baterií. V důsledku toho se termíny anoda, katoda, pozitivní a negativní stávají stále důležitějšími.

Články o nových elektrodách baterií a stanicích pro cyklování baterií často používají názvy anoda a katoda, aniž by bylo uvedeno, zda se baterie vybíjí nebo nabíjí. Pojmy anoda, katoda, pozitivní a negativní nejsou synonyma a někdy mohou být zaměňovány, což může vést k chybám.

Účelem tohoto článku je objasnit a jasně definovat tyto různé pojmy.

Oxidační a redukční reakce

Oxidační reakce je elektrochemická reakce, při které vznikají elektrony. Elektrochemická reakce, ke které dochází na záporném prvku zinkové elektrody nikl-zinkové baterie během vybíjení:

Zn + 4OH – → Zn (OH) 2- ₄ + 2e —

oxidační reakce. Oxidace je ztráta elektronů.

Redukční reakce je elektrochemická reakce, která spotřebovává elektrony. Elektrochemická reakce, ke které dochází na kladné straně lithium-iontové baterie během vybíjení, je:

je zotavovací reakce. Kontrakce je zisk elektronů.

Anoda, katoda

• Anoda je elektroda, ve které probíhá oxidační reakce. Potenciál anody, kterou protéká proud, je vyšší než její rovnovážný potenciál: E_a (I)>E _{I = 0 XNUMX} (Obr. 1).
• Katoda je elektroda, kde probíhá redukční reakce. Potenciál katody, kterou protéká proud, je pod jejím rovnovážným potenciálem: E_c (I) < E_{I = 0 XNUMX} (Obr. 1).

Obr.1: (E_Já≠0−E_{I = xnumx}) Já > 0

Kladné a záporné elektrody

Dvě elektrody baterie nebo akumulátoru mají různé potenciály. Elektroda s vyšším potenciálem se označuje jako kladná, elektroda s nižším potenciálem jako záporná. Elektromotorická síla, emf ve V baterie je potenciální rozdíl mezi kladnou a zápornou elektrodou, když baterie nefunguje.

Zkoumání baterie

Vybití baterie

Při výboji se napětí prvku U, rozdíl mezi kladným a záporným, snižuje (obr. 2, 3).

• Kladný elektrodový potenciál E+ _Já≠0 se stává menší než jeho klidová hodnota E + _{I = 0 XNUMX} :E+ _Já≠0 → kladná elektroda je katoda.
• Záporný elektrodový potenciál E — _Já≠0 se stane větší než jeho hodnota v klidu E – _{I = xnumx} :E- _I>0 > E – _{I = xnumx} → záporná elektroda je anoda.

Rýže. 2: Vybíjení a nabíjení baterie: vlevo – změna potenciálu na kladné a záporné elektrodě; vpravo – změna napětí baterie

Nabíjení akumulátoru

Během nabíjení se zvyšuje napětí článku U, rozdíl mezi kladným a záporným pólem (obr. 2, 3).

• Kladný elektrodový potenciál E+ _Já≠0 se stává větší než jeho hodnota v klidu E + _{I = xnumx} :E+ _I>0 >E+ _{I = xnumx} → kladná elektroda je anoda.
• Záporný elektrodový potenciál E — _Já≠0 bude nižší než jeho klidová hodnota E – _{I = xnumx} :E- _{já < E – I = xnumx → záporná elektroda je katoda.}

Rýže. 3: Vybíjení/nabíjení sekundární baterie, reprezentované jako elektrochemický článek, s elektrony a směrem proudu.

Výkon

Při normálním používání dobíjecí baterie zůstává kladný potenciál elektrody, jak při vybíjení, tak při dobíjení, větší než záporný potenciál elektrody. Na druhé straně se role každé elektrody přepíná během cyklu vybíjení/nabíjení.

• Během vybíjení je katoda kladná a anoda záporná.
• Během nabíjení je anoda kladná a katoda záporná.

Texty popisující bateriové anody nebo katody samozřejmě nepřímo uvažují o případu vybíjení, což je neúplná reprezentace procesů probíhajících uvnitř sekundárního článku.