Pin làm việc như thế nào?
Nói một cách đơn giản, pin có thể được coi như máy bơm điện tử.
Phản ứng hóa học bên trong pin giữa chất điện phân với điện cực âm (-) tạo ra các điện tử âm
tự do, tại thiết bị đầu cuối tương ứng là cực dương (anode)
Các phản ứng hóa học bên trong pin giữa chất điện phân với điện cực dương (+) tạo ra các điện tử dương
tại thiết bị đầu cuối cực dương là cực âm (cathode)
Các kim loại khác nhau có lực hấp dẫn khác nhau đối với các electron. Khi hai kim loại khác nhau (hoặc các hợp chất kim loại) được tiếp xúc hoặc kết nối thông qua một môi trường dẫn điện, electron chuyển động từ kim loại có lực hấp dẫn nhỏ hơn nên tích điện dương, từ kim loại với lực hấp dẫn lớn hơn bị tích điện âm. Sự khác biệt tiềm năng giữa các kim loại đã thúc đẩy việc cân bằng xu hướng với nhau trong việc chuyển giao điện tử giữa chúng Tại thời điểm này, "trạng thái cân bằng tiềm năng" là cân bằng sự khác biệt giữa xu hướng của hai kim loại để đạt được hoặc mất các electron.
Một tế bào pin lưu trữ năng lượng có thể chuyển đổi năng lượng điện theo yêu cầu, thường là bằng một quá trình oxy hóa giảm điện , phản ứng oxi hóa khử
Mỗi tế bào lưu trữ năng lượng bao gồm ít nhất ba và đôi khi bốn thành phần
1. Dương cực - Anode
Điện cực dương (cực dương, dương cực, anốt) là điện cực nối với cực dương của nguồn điện một chiều, là nơi hút các điện tử về.
2. Âm cực - Cathode
Điện cực âm (âm cực, cực âm, catốt) là điện cực nối với cực âm của nguồn điện một chiều, là nơi phát ra các điện tử.
3. Các chất điện phân cung cấp môi trường chuyển giao ion giữa anode và cathode.
Một ion mang điện tích âm, khi nó thu được một hay nhiều điện tử, được gọi là anion hay Điện Tích Âm, và một ion mang điện tích dương khi nó mất một hay nhiều điện tử, được gọi là cation hay Điện Tích Dương. Quá trình tạo ra các ion hay Điện Tích gọi là ion hóa hay Điện Tích.
Các kim loại có xu hướng tạo ra các cation (mất đi điện tử) trong khi các phi kim loại có xu hướng tạo ra anion, ví dụ natri tạo ra cation Na+trong khi clo tạo ra các anion Cl-.
4. Phân cách điện cực âm và điện cực dương
Hệ thống điện phân
Các nguyên tắc của tế bào pin điện hóa (Galvanic Cell) có thể được chứng minh bởi các hoạt động của tế bào pin đồng – kẽm (Daniell Cell)
Hai hệ thống chính tế bào điện phân có từ năm 1836 khi các tế bào Daniell đã được phát minh để khắc phục những vấn đề của sự phân cực. Sự sắp xếp này cho hiệu quả giữa hai nửa các tế bào mà ở đó các phản ứng hóa học xảy ra. Mỗi điện cực được ngâm trong một chất điện phân khác nhau mà nó phản ứng. Tiềm năng điện cực, tích cực hay tiêu cực, là điện áp được phát triển bởi các điện cực. Các điện được ngăn cách với nhau bằng một cây cầu muối hoặc một màng xốp trung lập và không có phần trong phản ứng. Quá trình thẩm thấu cho phép các ion sunfat vượt qua khối các ion kim loại.
Hai quá trình điện phân này cho phép kiểm soát quá trình hóa học.
Các tế bào sống lâu hơn được xây dựng bằng cách tối ưu hóa sự kết hợp giữa chất điện / điện cực riêng biệt tại mỗi điện cực.
Gần đây người ta đã sử dụng nó làm cơ sở cho pin dòng, trong đó điện được bơm thông qua pin, cung cấp dung lượng gần như không giới hạn.
Kẽm là một vật liệu cực dương rất phổ biến và các phản ứng hóa học làm cho nó hòa tan trong chất điện phân.
Phản ứng oxi hóa khử và nửa tế bào pin
Các tế bào điện phân được đại diện bởi hai nửa tế bào. Nó có thể được coi là một trường hợp đặc biệt của pin Daniell với hai cực điện như nhau.
Các mô hình hai nửa tế bào sử dụng điện được các nhà hóa học được thiết kế di động để tính toán tiềm năng điện cực và mô tả các phản ứng hóa học bên trong tế bào.
Quá trình giảm xảy ra ở một nửa tế bào và quá trình oxy hóa diễn ra nửa còn lại.
Trong một pin, cả hai phản ứng diễn ra đồng thời và phản ứng kết hợp được gọi là một phản ứng Redox (giảm và oxy hóa)
Điện áp hoặc điện động lực (EMF) phát ra bên ngoài có nguồn gốc từ tế bào pin. Đó là sự khác biệt trong tiềm năng điện cực tiêu chuẩn của hai phản trong điều kiện tiêu chuẩn.
EMF của pin sẽ làm giảm nồng độ của hóa chất trong thời gian sử dụng cho đến khi một trong các hóa chất hoàn toàn kiệt sức.
Năng lượng lý thuyết có sẵn từ các tế bào có thể được tính bằng cách sử dụng phương trình năng lượng tự do Gibbs cho các trạng thái cân bằng ban đầu và cuối cùng.
Pin tiểu
Trong các tế bào pin tiểu này các phản ứng điện hóa là không thể đảo ngược. Trong quá trình thải, các hợp chất hóa học thường xuyên thay đổi và năng lượng điện được phát hành cho đến khi các hợp chất ban đầu là hoàn toàn kiệt sức. Vì vậy, các loại pin có thể được sử dụng chỉ một lần.
Pin trung
Trong các tế bào thứ cấp này phản ứng điện hóa có thể đảo ngược và các hợp chất hóa học ban đầu có thể được tái tạo bởi các ứng dụng tiềm năng giữa các điện cực khi bơm năng lượng vào trong tế bào. Các tế bào này có thể được thải ra và sạc lại nhiều lần.
Rechargeable Battery Action (Much Simplified)
Quá trình sạc
Sạc điện tử từ cực âm có thể nối vào cực dương cho đến khi nó tích điện âm. Năng lượng được bơm vào trong pin làm biến đổi các chất hóa học đang hoạt động trở lại trạng thái ban đầu của nó.
Bảng tuần hoàn
Vật liệu tạo cực dương và cực âm được lựa chọn cho phù hợp với vai trò oxy hóa hoặc làm chất khử. Các khả năng giảm điện tích và oxy hóa tương đối của các yếu tố được thể hiện bằng mũi tên màu trên Bảng tuần hoàn. Các yếu tố làm giảm mạnh mẽ được nhóm lại bên trái, trong khi các yếu tố oxy hóa mạnh mẽ được nhóm lại bên phải.
Nhóm (Group)
Các yếu tố trong mỗi nhóm có cùng số "hóa trị". Bởi vì số lượng của các electron hóa trị sẽ xác định nguyên tử này phản ứng với các nguyên tử khác. Các yếu tố trong một nhóm cụ thể có tính chất hóa học tương tự nhau.
Vỏ điện tử bên ngoài có thể có đến tám điện tử như trong các khí hiếm (nhóm 18), nhưng không có điện tử "tự do" có thể sẵn để tham gia trong các phản ứng hóa học do đó các khí hiếm không phản ứng hoặc trơ.
Vì vậy hóa trị của các nguyên tử có hiệu quả chỉ từ bảy electron trở xuống
Các nguyên tử này chỉ có thể phản ứng với các nguyên tử khác khi được xác định bởi số lượng của các electron trong lớp vỏ hóa trị của nó.
Dòng điện
Một danh sách các nguyên tố kim loại hoặc các ion được sắp xếp theo tiềm năng điện cực của chúng để ví dụ cho xu hướng của một kim loại làm giảm các ion của kim loại bất kỳ.
Bảng dưới đây cho thấy một số hóa chất thường được sử dụng cho các điện cực pin và được sắp xếp theo thứ tự tiềm năng điện tương đối của chúng
Các hóa chất phản ứng thay thế
Gần đây, các tế bào hóa học mới đã được phát triển bằng cách sử dụng phản ứng hóa học thay thế cho các chương trình oxi hóa khử truyền thống.
Lithium Ion
Thay vì theo truyền thống mạ oxi hóa khử, trong Lithium ion, tế bào thứ cấp phụ thuộc vào một cơ chế "đan xen". Điều này liên quan đến việc chèn của các ion lithium vào mạng tinh thểcủa điện cực máy chủ mà không cần thay đổi cấu trúc tinh thể của nó. Các điện cực này có hai đặc tính then chốt
. Tinh thể cấu trúc mở cho phép chèn hoặc khai thác của các ionlithium
. Khả năng chấp nhận electron bồi thường cùng một lúc
Điện cực này được gọi là máy chủ đan xen.
Trong một tế bào Lithium điển hình, điện cực dương hoặc âm là dựa trên carbon và cực âm hoặc điện cực dương được làm từDioxide Lithium Cobalt hoặc Lithium Manganese Dioxide.
Lithium phản ứng mãnh liệt với nước, dung dịch chất điện phân bao gồm muối Lithium vô cơ và nước, trong đó các hành vi hoàn toàn chỉ như một phương tiện tiến hành và không tham gia phản ứng hóa học, sự tiến hóa của hydro và oxy cũng như trong pin khác cũng là loại bỏ.
Trong quá trình thải, các ion Lithium điện ly từ cực dương và di chuyển qua chất điện phân và được đưa vào cấu trúc tinh thể của hợp chất chủ. Đồng thời các electron bồi thường di chuyển trongcác mạch bên ngoài và được chấp nhận bởi các máy chủ để cân bằng các phản ứng.
Quá trình này là hoàn toàn đảo ngược. Do đó, các ion Lithium vượt qua trở lại và ra giữa các điện cực trong quá trình nạp và xả. Điều này đã tăng thêm tế bào cho pin ion Lithium.
Chất hóa học thay thế
Trong những năm, qua một loạt các chất hóa học và chất phụ gia đã được phát triển để tối ưu hóa hiệu suất của tế bào pin cho các ứng dụng khác nhau.
Các hợp chất hoạt động có thể được thay thế để tăng mật độ năng lượng , tăng công suất hiện tại, làm giảm trở kháng nội bộ, giảm thiểu việc tự xả , tăng điện áp thiết bị đầu cuối, nâng cao hiệu quả hoặc giảm chi phí.
Các hợp chất bổ sung có thể được kết hợp để thay đổi hành vi của các hợp chất hoạt động để tăng vòng đời, để ngăn chặn sự ăn mòn hoặc rò rỉ, để kiểm soát sự phân cực hoặc để tăng an toàn. Ở đây có thể bao gồm các chất xúc tác có thể được sử dụng để khuyến khích hoặc thúc đẩy các hành động hóa học mong muốn như tái tổ hợp của các chất hóa học hoạt động trong các tế bào niêm phong. Hoặc cũng có thể bao gồm các chất ức chế có thể được thêm vào để làm chậm hoặc ngăn chặn hành động không mong muốn, vật lý hay hóa học chẳng hạn như sự hình thành các tinh thể nhánh cây.
Mật độ năng lượng
Mật độ năng lượng là thước đo của số lượng năng lượng trên mỗi đơn vị trọng lượng hoặc khối lượng có thể được lưu trữ trong pin. Vì vậy, trọng lượng hoặc khối lượng cao hơn, mật độ tế bào sẽ lưu trữ nhiều năng lượng hơn hoặc nói cách khác một dung lượng lưu trữ năng lượng cao hơn, mật độ di động sẽ nhỏ hơn và nhẹ hơn. Biểu đồdưới đây cho thấy một số ví dụ điển hình.
Nhìn chung, mật độ năng lượng cao hơn thu được bằng cách sử dụng phản ứng hóa chất. Nhược điểm là phản ứng hóa học có xu hướng không ổn định và có thể yêu cầu các biện pháp phòng ngừa an toàn đặc biệt. Mật độ năng lượng cũng phụ thuộcvào chất lượng của các thành phần được sử dụng trong xây dựng tế bào với các tạp chất hạn chế khả năng di động có thể đạt được. Điều này là lý do tại sao các pin từ các nhà sản xuất khác nhau với các chất hóa học tế bào tương tự có thể có một nội dung năng lượng khác nhau.
Lưu ý rằng thường có một sự khác biệt giữa các tế bào hình trụ và hình lăng trụ. Điều này là bởi vì mật độ năng lượng được trích dẫn thường không đề cập đến các chất hóa học một mình, nhưng toàn bộ các pin, có tính đến các tế bào vỏ nguyên vật liệu và các kết nối. Mật độ năng lượng là như vậy, bị ảnh hưởng hoặc bị hạn chế bởi tính thiết thực của cấu trúc tế bào.
Nguồn cung cấp của các yếu tố hóa học cơ bản
- Hoa Kỳ Khảo sát Địa chất Fact Sheet 087-02 Lưu ý - Từ biểu đồ trên, Lithium phong phú hơn chì và Nickel từ 20 đến 100 lần. Lý do nóít phổ biến hơn là vi Lithium phản ứng nhiều hơn với kim loại hoặc nó không thường được tìm thấy trong trạng thái tự do. Ngược lại chì bị phản ứng ít hơn thường được tìm thấy trong trạng thái tự do và dễ dàng hơn để trích xuất và tinh chế. Việc sử dụng các kim loại nặng Cadmium và Mercury bị phản đối vì độc tính của nó là rất cao và nguy hại tới sức khỏe con người.
Lithium tiêu dùng trong Pin EV và HEV
Pin Lithium được sử dụng trong EVs và HEVs nặng khoảng 7 kg cho mỗi KWh và Lithium sẽ được khoảng 0,2 kg mỗi kWh. Một hành khách xe EV điển hình có thể sử dụng pin với năng lực giữa 30KWh và 50KWh để nội dung Lithium sẽ được khoảng 6 Kg đến 10 Kg mỗi EV pin.
Công suất của pin HEV thường là ít hơn 10% công suất của pin EV và trọng lượng của Lithium được sử dụng ít hơn 10% tương ứng .
Như vậy 1 triệu EVs sẽ tiêu thụ 10.000 tấn Lithium (không tái chế) và 1 triệu HEVs sẽ tiêu thụ hơn 1.000tấn
Tài nguyên Lithium
Lithium là yếu tố thứ 31 có nhiều nhất trong lớp vỏ của trái đất. Sự phong phú của nó tới 20 ppm so sánh với Chì (14 ppm), Tin (2,3 ppm), Cobalt (25 ppm) và Nickel (84 ppm). Nó được tìm thấy với số lượng nhỏ ở gần như tất cả các loại đá lửa và suối khoáng sản với các khoản tiền gửi đặc biệt lớn ở Trung Quốc, Bắc Mỹ, Brazil, Chile,Argentina, Liên bang Nga, Tây Ban Nha, và các bộ phận của châu Phi.
Ước tính trữ lượng khai thác (ngoài việc phục hồi từ nước biển) được ước tính là 28,4 triệu tấn. Ngoài ra của trái đất 1,4 × 1021 kg của nước biển có chứa 0,17 ppm tương đối cao của Lithium có nghĩa là có hơn 200 tỷ tấn Lithium trong các đại dương của thế giới.
Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, sản xuất Lithium của thế giới trong năm 2006 là 333.000 tấn, giảm nhẹ so với năm trước. Trung Quốc dự kiến sẽ mang lại sản xuất 45.000 tấn Lithium mỗi năm từ các cơ sở dùng nước muối trong năm 2010
Độc tính của pin lithium
Bạn tự hỏi liệu có bất kỳ tác dụng độc hại liên quan đến pin Lithium? Ngược lại, Lithium có những lợi ích nhất định. Nước giải khát "7Up" bắt đầu cuộc sống trong năm 1929. Trong "7Up" có chứa Citrate Lithium cho đến năm 1950 khi nó được cải tiến, một số nói vì Lithium tác dụng với bệnh tâm thần. Từ những năm 1940, Lithium trong các hình thức Lithium Carbonate đã được sử dụng thành công trong điều trị rối loạn tâm thần đặc biệt là chứng trầm cảm. Tuy nhiên, cũng như với hầu hết các hóa chất, liều lượng nhỏ có thể được sử dụng an toàn hoặc để điều trị, nhưng quá nhiều có thể gây tử vong.
Nói một cách đơn giản, pin có thể được coi như máy bơm điện tử.
Phản ứng hóa học bên trong pin giữa chất điện phân với điện cực âm (-) tạo ra các điện tử âm
Các phản ứng hóa học bên trong pin giữa chất điện phân với điện cực dương (+) tạo ra các điện tử dương
Các kim loại khác nhau có lực hấp dẫn khác nhau đối với các electron. Khi hai kim loại khác nhau (hoặc các hợp chất kim loại) được tiếp xúc hoặc kết nối thông qua một môi trường dẫn điện, electron chuyển động từ kim loại có lực hấp dẫn nhỏ hơn nên tích điện dương, từ kim loại với lực hấp dẫn lớn hơn bị tích điện âm. Sự khác biệt tiềm năng giữa các kim loại đã thúc đẩy việc cân bằng xu hướng với nhau trong việc chuyển giao điện tử giữa chúng Tại thời điểm này, "trạng thái cân bằng tiềm năng" là cân bằng sự khác biệt giữa xu hướng của hai kim loại để đạt được hoặc mất các electron.
Một tế bào pin lưu trữ năng lượng có thể chuyển đổi năng lượng điện theo yêu cầu, thường là bằng một quá trình oxy hóa giảm điện , phản ứng oxi hóa khử
Mỗi tế bào lưu trữ năng lượng bao gồm ít nhất ba và đôi khi bốn thành phần
1. Dương cực - Anode
Điện cực dương (cực dương, dương cực, anốt) là điện cực nối với cực dương của nguồn điện một chiều, là nơi hút các điện tử về.
2. Âm cực - Cathode
Điện cực âm (âm cực, cực âm, catốt) là điện cực nối với cực âm của nguồn điện một chiều, là nơi phát ra các điện tử.
3. Các chất điện phân cung cấp môi trường chuyển giao ion giữa anode và cathode.
Một ion mang điện tích âm, khi nó thu được một hay nhiều điện tử, được gọi là anion hay Điện Tích Âm, và một ion mang điện tích dương khi nó mất một hay nhiều điện tử, được gọi là cation hay Điện Tích Dương. Quá trình tạo ra các ion hay Điện Tích gọi là ion hóa hay Điện Tích.
Các kim loại có xu hướng tạo ra các cation (mất đi điện tử) trong khi các phi kim loại có xu hướng tạo ra anion, ví dụ natri tạo ra cation Na+trong khi clo tạo ra các anion Cl-.
4. Phân cách điện cực âm và điện cực dương
Hệ thống điện phân
Các nguyên tắc của tế bào pin điện hóa (Galvanic Cell) có thể được chứng minh bởi các hoạt động của tế bào pin đồng – kẽm (Daniell Cell)
Hai hệ thống chính tế bào điện phân có từ năm 1836 khi các tế bào Daniell đã được phát minh để khắc phục những vấn đề của sự phân cực. Sự sắp xếp này cho hiệu quả giữa hai nửa các tế bào mà ở đó các phản ứng hóa học xảy ra. Mỗi điện cực được ngâm trong một chất điện phân khác nhau mà nó phản ứng. Tiềm năng điện cực, tích cực hay tiêu cực, là điện áp được phát triển bởi các điện cực. Các điện được ngăn cách với nhau bằng một cây cầu muối hoặc một màng xốp trung lập và không có phần trong phản ứng. Quá trình thẩm thấu cho phép các ion sunfat vượt qua khối các ion kim loại.
Hai quá trình điện phân này cho phép kiểm soát quá trình hóa học.
Các tế bào sống lâu hơn được xây dựng bằng cách tối ưu hóa sự kết hợp giữa chất điện / điện cực riêng biệt tại mỗi điện cực.
Gần đây người ta đã sử dụng nó làm cơ sở cho pin dòng, trong đó điện được bơm thông qua pin, cung cấp dung lượng gần như không giới hạn.
Kẽm là một vật liệu cực dương rất phổ biến và các phản ứng hóa học làm cho nó hòa tan trong chất điện phân.
Phản ứng oxi hóa khử và nửa tế bào pin
Các tế bào điện phân được đại diện bởi hai nửa tế bào. Nó có thể được coi là một trường hợp đặc biệt của pin Daniell với hai cực điện như nhau.
Các mô hình hai nửa tế bào sử dụng điện được các nhà hóa học được thiết kế di động để tính toán tiềm năng điện cực và mô tả các phản ứng hóa học bên trong tế bào.
Quá trình giảm xảy ra ở một nửa tế bào và quá trình oxy hóa diễn ra nửa còn lại.
Trong một pin, cả hai phản ứng diễn ra đồng thời và phản ứng kết hợp được gọi là một phản ứng Redox (giảm và oxy hóa)
Điện áp hoặc điện động lực (EMF) phát ra bên ngoài có nguồn gốc từ tế bào pin. Đó là sự khác biệt trong tiềm năng điện cực tiêu chuẩn của hai phản trong điều kiện tiêu chuẩn.
EMF của pin sẽ làm giảm nồng độ của hóa chất trong thời gian sử dụng cho đến khi một trong các hóa chất hoàn toàn kiệt sức.
Năng lượng lý thuyết có sẵn từ các tế bào có thể được tính bằng cách sử dụng phương trình năng lượng tự do Gibbs cho các trạng thái cân bằng ban đầu và cuối cùng.
Pin tiểu
Trong các tế bào pin tiểu này các phản ứng điện hóa là không thể đảo ngược. Trong quá trình thải, các hợp chất hóa học thường xuyên thay đổi và năng lượng điện được phát hành cho đến khi các hợp chất ban đầu là hoàn toàn kiệt sức. Vì vậy, các loại pin có thể được sử dụng chỉ một lần.
Pin trung
Trong các tế bào thứ cấp này phản ứng điện hóa có thể đảo ngược và các hợp chất hóa học ban đầu có thể được tái tạo bởi các ứng dụng tiềm năng giữa các điện cực khi bơm năng lượng vào trong tế bào. Các tế bào này có thể được thải ra và sạc lại nhiều lần.
Rechargeable Battery Action (Much Simplified)
Quá trình sạc
Sạc điện tử từ cực âm có thể nối vào cực dương cho đến khi nó tích điện âm. Năng lượng được bơm vào trong pin làm biến đổi các chất hóa học đang hoạt động trở lại trạng thái ban đầu của nó.
Bảng tuần hoàn
Vật liệu tạo cực dương và cực âm được lựa chọn cho phù hợp với vai trò oxy hóa hoặc làm chất khử. Các khả năng giảm điện tích và oxy hóa tương đối của các yếu tố được thể hiện bằng mũi tên màu trên Bảng tuần hoàn. Các yếu tố làm giảm mạnh mẽ được nhóm lại bên trái, trong khi các yếu tố oxy hóa mạnh mẽ được nhóm lại bên phải.
Nhóm (Group)
Các yếu tố trong mỗi nhóm có cùng số "hóa trị". Bởi vì số lượng của các electron hóa trị sẽ xác định nguyên tử này phản ứng với các nguyên tử khác. Các yếu tố trong một nhóm cụ thể có tính chất hóa học tương tự nhau.
Vỏ điện tử bên ngoài có thể có đến tám điện tử như trong các khí hiếm (nhóm 18), nhưng không có điện tử "tự do" có thể sẵn để tham gia trong các phản ứng hóa học do đó các khí hiếm không phản ứng hoặc trơ.
Vì vậy hóa trị của các nguyên tử có hiệu quả chỉ từ bảy electron trở xuống
Các nguyên tử này chỉ có thể phản ứng với các nguyên tử khác khi được xác định bởi số lượng của các electron trong lớp vỏ hóa trị của nó.
Dòng điện
Một danh sách các nguyên tố kim loại hoặc các ion được sắp xếp theo tiềm năng điện cực của chúng để ví dụ cho xu hướng của một kim loại làm giảm các ion của kim loại bất kỳ.
Điểm mạnh của quá trình oxy hóa và giảm điện tích
<span style=""color: #0000ff;"">Cathode (Reduction) [style="color: #ff0000;"]=> Standard Potential</span>[/style]
<span style=""color: #0000ff;""> Half-Reaction [style="color: #ff0000;"]=> E ° (volts) </span>[/style]
<span style=""color: #0000ff;""> Half-Reaction [style="color: #ff0000;"]=> E ° (volts) </span>[/style]
<span style=""color: #0000ff;"">Li+ (aq) + e- --> Li(s)</span> <span style=""color: #ff0000;"">=> -3.04 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">K+ (aq) + e- --> K(s) </span> <span style=""color: #ff0000;"">=> -2.92 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Ca2+ (aq) + 2e- --> Ca(s)</span> <span style=""color: #ff0000;"">=> -2.76 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Na+ (aq) + e- --> Na(s)</span> <span style=""color: #ff0000;"">=> -2.71 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Zn2+ (aq) + 2e- --> Zn(s)</span> <span style=""color: #ff0000;"">=>-0.76 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">2H+ + 2e- --> H2 [style="color: #ff0000;"]=> </span>[/style]<span style=""color: #ff0000;"">0 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Cu2+ (aq) + 2e- --> Cu(s)</span> <span style=""color: #ff0000;"">=> 0.34 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">O3+ (g) + 2H+ (aq) + 2e- --> O2 (g) + H2O(l)</span> <span style=""color: #ff0000;"">=> 2.07 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">F2 (g) + 2e- --> 2F- (aq)</span> <span style=""color: #ff0000;"">=> 2.87 </span>
Lịch sử <span style=""color: #0000ff;"">K+ (aq) + e- --> K(s) </span> <span style=""color: #ff0000;"">=> -2.92 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Ca2+ (aq) + 2e- --> Ca(s)</span> <span style=""color: #ff0000;"">=> -2.76 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Na+ (aq) + e- --> Na(s)</span> <span style=""color: #ff0000;"">=> -2.71 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Zn2+ (aq) + 2e- --> Zn(s)</span> <span style=""color: #ff0000;"">=>-0.76 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">2H+ + 2e- --> H2 [style="color: #ff0000;"]=> </span>[/style]<span style=""color: #ff0000;"">0 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Cu2+ (aq) + 2e- --> Cu(s)</span> <span style=""color: #ff0000;"">=> 0.34 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">O3+ (g) + 2H+ (aq) + 2e- --> O2 (g) + H2O(l)</span> <span style=""color: #ff0000;"">=> 2.07 </span>
<span style=""color: #0000ff;"">F2 (g) + 2e- --> 2F- (aq)</span> <span style=""color: #ff0000;"">=> 2.87 </span>
Bảng dưới đây cho thấy một số hóa chất thường được sử dụng cho các điện cực pin và được sắp xếp theo thứ tự tiềm năng điện tương đối của chúng
<span style=""color: #0000ff;"">Anode Materials</span> <span style=""color: #ff0000;"">Cathode Materials </span>
<span style=""color: #0000ff;"">(Negative Terminals) </span> <span style=""color: #ff0000;"">(Positive Terminals) </span>
<span style=""color: #0000ff;"">BEST - Most Negative </span> <span style=""color: #ff0000;"">BEST Most Positive</span>
<span style=""color: #0000ff;"">Lithium</span> <span style=""color: #ff0000;""> Ferrate </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Magnesium </span> <span style=""color: #ff0000;""> Iron Oxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Aluminium </span> <span style=""color: #ff0000;""> Cuprous Oxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Zinc </span> <span style=""color: #ff0000;""> Iodate </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Chromium</span> <span style=""color: #ff0000;"">Cupric Oxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Iron </span> <span style=""color: #ff0000;"">Mercuric Oxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Nickel </span> <span style=""color: #ff0000;""> Cobaltic Oxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Tin </span> <span style=""color: #ff0000;""> Manganese Dioxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Lead </span> <span style=""color: #ff0000;"">Lead Dioxide</span>
<span style=""color: #0000ff;"">Hydrogen </span> <span style=""color: #ff0000;"">Silver Oxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Copper </span> <span style=""color: #ff0000;"">Oxygen </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Silver </span> Nickel Oxyhydroxide
<span style=""color: #0000ff;"">Palladium </span> <span style=""color: #ff0000;"">Nickel Dioxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Mercury </span> <span style=""color: #ff0000;"">Silver Peroxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Platinum </span> <span style=""color: #ff0000;"">Permanganate </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Gold </span> <span style=""color: #ff0000;"">Bromate </span>
<span style=""color: #0000ff;"">WORST Least Negative </span> <span style=""color: #ff0000;""> WORST Least Positive</span>
Các tế bào sử dụng dung dịch nước (chứa nước) được giới hạn điện áp đến dưới 2 Volts vì lượng oxy và hydro trong nước phân tách trong sự hiện diện của điện áp cao hơn điện áp này. Pin Lithium sử dụng điện không có nước nên không có vấn đề này và có sẵn trong điện áp giữa 2,7 và 3,7Volts. Tuy nhiên, việc sử dụng điện không có nước trong các tế bào có trở kháng nội bộ tương đối cao. <span style=""color: #0000ff;"">(Negative Terminals) </span> <span style=""color: #ff0000;"">(Positive Terminals) </span>
<span style=""color: #0000ff;"">BEST - Most Negative </span> <span style=""color: #ff0000;"">BEST Most Positive</span>
<span style=""color: #0000ff;"">Lithium</span> <span style=""color: #ff0000;""> Ferrate </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Magnesium </span> <span style=""color: #ff0000;""> Iron Oxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Aluminium </span> <span style=""color: #ff0000;""> Cuprous Oxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Zinc </span> <span style=""color: #ff0000;""> Iodate </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Chromium</span> <span style=""color: #ff0000;"">Cupric Oxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Iron </span> <span style=""color: #ff0000;"">Mercuric Oxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Nickel </span> <span style=""color: #ff0000;""> Cobaltic Oxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Tin </span> <span style=""color: #ff0000;""> Manganese Dioxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Lead </span> <span style=""color: #ff0000;"">Lead Dioxide</span>
<span style=""color: #0000ff;"">Hydrogen </span> <span style=""color: #ff0000;"">Silver Oxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Copper </span> <span style=""color: #ff0000;"">Oxygen </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Silver </span> Nickel Oxyhydroxide
<span style=""color: #0000ff;"">Palladium </span> <span style=""color: #ff0000;"">Nickel Dioxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Mercury </span> <span style=""color: #ff0000;"">Silver Peroxide </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Platinum </span> <span style=""color: #ff0000;"">Permanganate </span>
<span style=""color: #0000ff;"">Gold </span> <span style=""color: #ff0000;"">Bromate </span>
<span style=""color: #0000ff;"">WORST Least Negative </span> <span style=""color: #ff0000;""> WORST Least Positive</span>
Các hóa chất phản ứng thay thế
Gần đây, các tế bào hóa học mới đã được phát triển bằng cách sử dụng phản ứng hóa học thay thế cho các chương trình oxi hóa khử truyền thống.
Lithium Ion
Thay vì theo truyền thống mạ oxi hóa khử, trong Lithium ion, tế bào thứ cấp phụ thuộc vào một cơ chế "đan xen". Điều này liên quan đến việc chèn của các ion lithium vào mạng tinh thểcủa điện cực máy chủ mà không cần thay đổi cấu trúc tinh thể của nó. Các điện cực này có hai đặc tính then chốt
. Tinh thể cấu trúc mở cho phép chèn hoặc khai thác của các ionlithium
. Khả năng chấp nhận electron bồi thường cùng một lúc
Điện cực này được gọi là máy chủ đan xen.
Trong một tế bào Lithium điển hình, điện cực dương hoặc âm là dựa trên carbon và cực âm hoặc điện cực dương được làm từDioxide Lithium Cobalt hoặc Lithium Manganese Dioxide.
Lithium phản ứng mãnh liệt với nước, dung dịch chất điện phân bao gồm muối Lithium vô cơ và nước, trong đó các hành vi hoàn toàn chỉ như một phương tiện tiến hành và không tham gia phản ứng hóa học, sự tiến hóa của hydro và oxy cũng như trong pin khác cũng là loại bỏ.
Trong quá trình thải, các ion Lithium điện ly từ cực dương và di chuyển qua chất điện phân và được đưa vào cấu trúc tinh thể của hợp chất chủ. Đồng thời các electron bồi thường di chuyển trongcác mạch bên ngoài và được chấp nhận bởi các máy chủ để cân bằng các phản ứng.
Quá trình này là hoàn toàn đảo ngược. Do đó, các ion Lithium vượt qua trở lại và ra giữa các điện cực trong quá trình nạp và xả. Điều này đã tăng thêm tế bào cho pin ion Lithium.
Chất hóa học thay thế
Trong những năm, qua một loạt các chất hóa học và chất phụ gia đã được phát triển để tối ưu hóa hiệu suất của tế bào pin cho các ứng dụng khác nhau.
Các hợp chất hoạt động có thể được thay thế để tăng mật độ năng lượng , tăng công suất hiện tại, làm giảm trở kháng nội bộ, giảm thiểu việc tự xả , tăng điện áp thiết bị đầu cuối, nâng cao hiệu quả hoặc giảm chi phí.
Các hợp chất bổ sung có thể được kết hợp để thay đổi hành vi của các hợp chất hoạt động để tăng vòng đời, để ngăn chặn sự ăn mòn hoặc rò rỉ, để kiểm soát sự phân cực hoặc để tăng an toàn. Ở đây có thể bao gồm các chất xúc tác có thể được sử dụng để khuyến khích hoặc thúc đẩy các hành động hóa học mong muốn như tái tổ hợp của các chất hóa học hoạt động trong các tế bào niêm phong. Hoặc cũng có thể bao gồm các chất ức chế có thể được thêm vào để làm chậm hoặc ngăn chặn hành động không mong muốn, vật lý hay hóa học chẳng hạn như sự hình thành các tinh thể nhánh cây.
Mật độ năng lượng
Mật độ năng lượng là thước đo của số lượng năng lượng trên mỗi đơn vị trọng lượng hoặc khối lượng có thể được lưu trữ trong pin. Vì vậy, trọng lượng hoặc khối lượng cao hơn, mật độ tế bào sẽ lưu trữ nhiều năng lượng hơn hoặc nói cách khác một dung lượng lưu trữ năng lượng cao hơn, mật độ di động sẽ nhỏ hơn và nhẹ hơn. Biểu đồdưới đây cho thấy một số ví dụ điển hình.
Mật độ năng lượng tương đối của một số chất hóa học di động thông thường
Lưu ý rằng thường có một sự khác biệt giữa các tế bào hình trụ và hình lăng trụ. Điều này là bởi vì mật độ năng lượng được trích dẫn thường không đề cập đến các chất hóa học một mình, nhưng toàn bộ các pin, có tính đến các tế bào vỏ nguyên vật liệu và các kết nối. Mật độ năng lượng là như vậy, bị ảnh hưởng hoặc bị hạn chế bởi tính thiết thực của cấu trúc tế bào.
Nguồn cung cấp của các yếu tố hóa học cơ bản
Lo lắng về sự sẵn có của chất hóa học lạ và nhu cầu về giá trong tương lai nhận được nhiều quan tâm?
Biểu đồ dưới đây cho thấy sự phong phú tương đối của các nguyên tố hóa học trong lớp vỏ của trái đất.
Biểu đồ dưới đây cho thấy sự phong phú tương đối của các nguyên tố hóa học trong lớp vỏ của trái đất.
- Hoa Kỳ Khảo sát Địa chất Fact Sheet 087-02
Lithium tiêu dùng trong Pin EV và HEV
Pin Lithium được sử dụng trong EVs và HEVs nặng khoảng 7 kg cho mỗi KWh và Lithium sẽ được khoảng 0,2 kg mỗi kWh. Một hành khách xe EV điển hình có thể sử dụng pin với năng lực giữa 30KWh và 50KWh để nội dung Lithium sẽ được khoảng 6 Kg đến 10 Kg mỗi EV pin.
Công suất của pin HEV thường là ít hơn 10% công suất của pin EV và trọng lượng của Lithium được sử dụng ít hơn 10% tương ứng .
Như vậy 1 triệu EVs sẽ tiêu thụ 10.000 tấn Lithium (không tái chế) và 1 triệu HEVs sẽ tiêu thụ hơn 1.000tấn
Tài nguyên Lithium
Lithium là yếu tố thứ 31 có nhiều nhất trong lớp vỏ của trái đất. Sự phong phú của nó tới 20 ppm so sánh với Chì (14 ppm), Tin (2,3 ppm), Cobalt (25 ppm) và Nickel (84 ppm). Nó được tìm thấy với số lượng nhỏ ở gần như tất cả các loại đá lửa và suối khoáng sản với các khoản tiền gửi đặc biệt lớn ở Trung Quốc, Bắc Mỹ, Brazil, Chile,Argentina, Liên bang Nga, Tây Ban Nha, và các bộ phận của châu Phi.
Ước tính trữ lượng khai thác (ngoài việc phục hồi từ nước biển) được ước tính là 28,4 triệu tấn. Ngoài ra của trái đất 1,4 × 1021 kg của nước biển có chứa 0,17 ppm tương đối cao của Lithium có nghĩa là có hơn 200 tỷ tấn Lithium trong các đại dương của thế giới.
Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, sản xuất Lithium của thế giới trong năm 2006 là 333.000 tấn, giảm nhẹ so với năm trước. Trung Quốc dự kiến sẽ mang lại sản xuất 45.000 tấn Lithium mỗi năm từ các cơ sở dùng nước muối trong năm 2010
Độc tính của pin lithium
Bạn tự hỏi liệu có bất kỳ tác dụng độc hại liên quan đến pin Lithium? Ngược lại, Lithium có những lợi ích nhất định. Nước giải khát "7Up" bắt đầu cuộc sống trong năm 1929. Trong "7Up" có chứa Citrate Lithium cho đến năm 1950 khi nó được cải tiến, một số nói vì Lithium tác dụng với bệnh tâm thần. Từ những năm 1940, Lithium trong các hình thức Lithium Carbonate đã được sử dụng thành công trong điều trị rối loạn tâm thần đặc biệt là chứng trầm cảm. Tuy nhiên, cũng như với hầu hết các hóa chất, liều lượng nhỏ có thể được sử dụng an toàn hoặc để điều trị, nhưng quá nhiều có thể gây tử vong.
Theo Mpoweruk
Last edited by a moderator:
Chủ đề tương tự
