Pin Lithium là gì? Đặc điểm, cấu tạo và tuổi thọ pin Lithium

Pin Lithium là gì? Đây là dòng thiết bị lưu trữ năng lượng có ứng dụng vô cùng rộng rãi trong thực tế đời sống. Bạn có thể bắt gặp chúng ở mọi nơi, trong nhiều thiết bị. Vậy chúng có cấu tạo, các đặc điểm cơ bản, tuổi thọ và ứng dụng của Pin Lithium ra sao. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết về chủ đề này nhé

I. Tổng quan về Pin Lithium và Pin Lithium-ion

Pin Lithium hay Pin Lithium-ion là dòng pin chuyên dụng, chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị khác nhau. Vậy Pin Lithium là gì?

1.1 Pin Lithium là gì?

Pin Lithium, Pin Li-on, hay Pin Lithi-on (LIB) là dòng pin cho phép sạc và tái sử dụng khi hết pin.Chúng thừa hưởng 2 đặc tính nổi trội của pin và ắc quy là: Tính tiện dụng của pin, và khả năng tái sử dụng nhiều lần của ắc quy. Pin Lithium được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị như máy tính, điện thoại, đèn pin, máy ảnh cho đến các dòng xe điện như: Xe máy điện, xe đạp điện, xe nâng điện, oto điện.

Công nghệ làm Pin Lithium ngày càng được tập trung nghiên cứu và phát triển bởi các tập đoàn công nghệ lớn. Pin Lithium có độ bền cao, an toàn, thân thiện với môi trường hơn ắc quy, Chúng được kỳ vọng sẽ thay thế hoàn toàn ắc quy truyền thống.

1.2 Lịch sử phát triển của Pin Lithium

Pin Lithium bắt đầu được nghiên cứu và phát triển vào những năm 50 của thế kỷ trước. Thế nhưng đến tận năm 1970, M. Stanley Whittingham là nhà hóa học người Anh, ông sử dụng titan (IV) sulfua và kim loại lithi làm điện cực. Như vậy phiên bản đầu tiên của Pin Lithium đã ra đời, tuy nhiên chúng không được ứng dụng vào thực tiễn, bởi chi phí sản xuất quá cao, mùi của Titan disulfua khi phản ứng với các thành phần của không khi sẽ tạo ra mùn rất khó chịu.

Mãi đến năm 1980, John Goodenough là giáo sư vật lý người Mỹ cho ra mắt dòng Pin Lithium thứ 2 với nhiều điểm khác biệt. Ông sử dụng lithium coban oxit trong thí nghiệm của mình. Chúng có thể di chuyển qua pin từ điện cực này sang điện cực kia dưới dạng ion Li+ tạo ra dòng điện.

3 năm sau năm 1983, Akira Yoshino giáo sư của Đại học Meijo, Nhật Bản, đã rạo ra viên Pin Lithium đầu tiên có thể sạc được. Ông sử dụng lithium cobalt oxit như cathode và polyacetylene làm cực dương. Phát minh của Akira Yoshino được xem là phiên bản hoàn thiện đầu tiên của Pin Lithium hiện đại.

Sau một quá trình nghiên cứu và phát triển lâu dài, năm 1991 hãng công nghệ Sony Energytec đưa Pin Lithium vào thương mại hoá, mang đến cuộc cách mạng trong lĩnh vực sản xuất pin.

Tìm hiểu thêm về xe nâng dầu 3 tấn ở đây nếu bạn có nhu cầu nâng hạ và di chuyển hàng hoá nhé.

1.3 Nguyên lý hoạt động của Pin Lithium là gì

Pin Lithium có thể khác nhau về cấu tạo, nguyên liệu, và hình dạng, thế nhưng chúng đều có chung một nguyên lý hoạt động. Vậy nguyên lý hoạt động của Pin Lithium là gì

a) Nguyên lý thiết kế cực của Pin Lithium

Lấp đầy khoảng trống các cực: Các cực của Pin Lithium được làm từ các hợp chất có cấu trúc dạng tinh thể lớp. Các lớp tinh thể cách nhau một khoảng (khoảng trống). Khi người ta tiến hành sạc – xả thì các ion Li sẽ xâm nhập và điền đầy các khoảng trống giữa các lớp của cực, tạo ra phản ứng hoá học, cung cấp năng lượng cho thiết bị. Nguyên lý sạc xả như sau:

b) Nguyên lý sạc Pin Lithium

Khi được cung cấp điện từ nguồn sạc, nhờ áp lực từ nguồn cấp, các Ion Li mang điện tích dương bị buộc chuyển động ngược từ cực dương thông qua chất điện phân sang cực âm của Pin.

c) Nguyên lý xả của Pin Lithium

Khi chúng ta sử dụng năng lượng của pin, lúc này các Ion Li sẽ chuyển động ngược lại qua môi trường của dung dịch điện ly, từ cực âm sang cực dương.

1.4 Cấu tạo của pin Lithium – ion

Cấu tạo của một viên Pin Lithium không quá phức tạp. Chúng bao gồm 1 cực dương, 1 cực âm, chất điện phân, bộ phận phân tách, bộ thu dòng điện, và vò của viên pin. Trong đó các điện cực và bộ phận phân tách là quan trọng nhất.

Điện cực dương (Cathode) của Pin Lithium

Người ta có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau để làm cực dương của Pin Lithium . Có 2 loại vật liệu chính thường được các nhà sản xuất sử dụng là là LicoO2 và LiMnO4. Loại vật liệu này có cấu trúc phân tử Oxide Coban liên kết với nguyên tử Lithium. Chúng sẽ dễ dàng tách thành Ion Litium Li+ khi có dòng điện chạy qua.

Điện cực âm (Anode) của Pin Lithium

Cực âm của Pin Lithium thường được chế tạo từ than chì và các vật liệu Cacbon. Chúng được thiết kế với mục đích bắt các ion Lithium L+ trong tinh thể.

Bộ phân tách của Pin Lithium

Bộ phân tách được thiết kế bằng vật liệu PE hoặc PP, chúng có tác dụng ngăn cách giữa cực dương và cực âm của viên pin. Trên bề mặt của màng ngăn có các lỗ nhỏ giúp ion Li+ có thể đi qua một cách dễ dàng.

Chất điện phân trong Pin Lithium là gì

Chất điện phân trong pin là dung dịch được thêm vào viên pin, lấp đầy khoảng trống giữa 2 cực và màng ngăn. Chúng chứa dung môi hữu cơ và LiPF6. Dung môi hữu cơ đóng vai trò là chất dẫn các ion Li+ di chuyển qua lại giữa các cực.

II. Ưu nhược điểm của Pin Lithium là gì

Như đã chia sẻ ở trên Pin Lithium được thiết kế với kỳ vọng sẽ thay thế hoàn toàn pin dùng một lần và ắc quy. Vậy Ưu nhược điểm của Pin Lithium là gì mà chúng lại mang trong mình kỳ vọng lớn đến vậy.

2.1 Ưu điểm của Pin Lithium là gì

Cùng một công suất, Pin Lithium có những ưu điểm vượt trội mà không bất kì thiết bị lưu trữ năng lượng nào khác có được, cụ thể như sau:

2.2 Nhược điểm của Pin Lithium

• Giá thành cao: So với các thiết bị lưu trữ khác Pin Lithium có giá thành tương đối cao.
• Nhạy cảm bởi nhiệt: Khi hoạt động ở nhiệt độ cao pin có thẻ hỏng, gây cháy nổ, nên sử dụng pin ở môi trường dưới 60 độ.
• Xuất hiện hiệu ứng tự xả: Tức là dung lượng viên pin của bạn sẽ bị giảm dần theo thời gian, tốc độ giảm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố.

III. Phân loại và ứng dụng của pin Lithium

Hiện nay có rất nhiều loại pin Lithium khác nhau về hình dạng kích thước, hiệu điện thế. Tuỳ theo thói quen mà chúng ta có thể phân chúng vào nhiều nhóm khác nhau. Về cơ bản Pin Lithium có một số hình dạng chính bao gồm: Hình trụ lớn, hình trụ nhỏ, hình phẳng, hình trụ tròn, dạng túi. Chúng ta chúng ta có thể bắt gặp một số dòng Pin Lithium như:

• Lithium-Cobalt Oxide
• Lithium-titanate: Dùng cho ô tô điện, xe đạp, xe tay ga, mô tô
• Lithium-Nickel Mangan Cobalt Oxide
• Lithium-Mangan Oxit
• Lithium-Iron Phosphate

3.1 Pin Lithium-ion là gì

Pin Lithium – Ion là dòng pin được sử dụng phổ biến nhất trên thị trường hiện nay. Chúng được ứng dụng trên các thiết bị điện tử cầm tay. Bạn có thể bắt gặp chúng trong thiết bị di động, máy tính, máy ảnh, pin năng lượng mặt trời. Ưu điểm của dòng pin này là mật độ năng lượng cao, tuổi thọ pin kéo dài.

• Về cấu tạo: Pin Lithium Ion cũng được chế tạo với 3 thành phần không thể thiếu bao gồm: Hai điện cực, và chất điện phân. Riêng cực dương của Pin Lithium – Ion sử dụng oxit kim loại, cực âm sử dụng cabon.
• Về quản lý: Pin Lithium khi sử dụng cần có các thiết bị, và bộ phận quản lý và theo dõi điện áp. Điều này khiến chi phí đầu tư của Pin Lithium sẽ cao lên đáng kể
• Một số loại Pin Lithium – ion: Lithium Cobalt Oxide (LCO), Lithium Mangan Oxide (LMO), Lithium Nickel Mangan Cobalt Oxide (NMC), Pin Lithium Nickel Cobalt Aluminium Oxit (NCA) và Pin Lithium Iron Phosphate (LFP).

3.2 Pin Lithium Polymer là gì

Về bản chất Pin Lithium Polymer vẫn là dòng Pin Lithium. Thế nhưng chúng sử dụng chất điện phân là Plolymer khô. Vì lý do này tên đầy đủ của Pin Lithium Polymer là Pin Lithium-ion Polymer

Cấu tạo: Chúng có đầy đủ các thành phần của một viên pin. Sự khác biệt duy nhất nằm ở dung môi. Thay vì sử dụng dung môi hữu cơ loại pin này sử dụng các tấm Polymer mỏng xếp sát vào nhau tạo thành môi trường dung môi.

Ưu điểm: Dòng Pin Lithium Polymer có thể dễ dàng thay đổi hình dạng, chúng bền hơn, nhẹ hơn, và không cần lớp vỏ sắt bảo vệ bên ngoài.

IV Tạm kết về Pin Lithium là gì

Như vậy Xenangthienson.com vừa cùng các bạn tìm hiểu về Pin Lithium là gì. Theo đó Pin Lithium là khái niệm để chỉ tất cả các loại pin có khả năng sạc, xả nhiều lần. Chúng được thiết kế với 3 bộ phận chính bao gồm: Cực âm, cực dương, chất điện môi. Pin Lithium có đặc điểm là kích thước nhỏ gọn, bền bỉ, an toàn, công suất lớn, thân thiện với môi trường hơn.