Công Ty Hóa Chất Hanimex HANIMEX Chemical
Cấu Tạo Và Tính Chất Hóa Học Cơ Bản Của Pin
Pin là một loại vật dụng vô cùng quan trọng trong đời sống hiện đại. Pin được sử dụng vô cùng rộng rãi từ các thiết bị điện tử , xe cộ , các hệ thống thông mình đều có sự xuất hiện của pin. Hôm nay công ty hóa chất Hanimex sẽ cùng các bạn tìm hiểu chi tiết về thành phần cấu tạo , tính chất hóa học của pin trong bài viết này .
Thành phần cấu tạo của pin
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
Thành phần hóa học của 2 điện cực âm dương
Điện cực dương cathode
Vật liệu dùng làm điện cực dương thường từ LiCoO2 và LiMnO4. Vật liệu trên cơ sở là coban thường có cấu trúc pseudo-tetrahedral (giả tứ diện), cho phép ion liti khuếch tán theo 2 chiều. Đây là những vật liệu lí tưởng có khả năng cung cấp công suất riêng lớn, công suất riêng theo thể tích lớn, hạn chế hiện tượng tự xả, có điện thế cao và vòng đời dài. Hạn chế của nó là giá cao do chứa coban là một kim loại hiếm, và kém bền nhiệt
| Điện cực dương | ||||
| Hợp chất | Công ty | Ứng dụng | Năm | Ưu điểm |
| Liti Niken Mangan Coban Oxit (NMC, LiNixMnyCozO2) | Imara Corporation, Nissan Motor, Microvast Inc., LG Chem | Xe điện, dụng cụ điện, grid energy storage | 2008 | Năng lượng riêng và mật độ năng lượng riêng cao |
| Liti Mangan Oxit (LMO, LiMn2O4) | LG Chem, NEC, Samsung, Hitachi, Nissan/AESC, EnerDel | Xe điện hybrid, điện thoại, laptop | 1996 | Giá rẻ, bền, năng lượng riêng cao |
| Liti Sắt Phosphate (“LFP”, LiFePO4) | University of Texas/Hydro-Québec, Phostech Lithium Inc., Valence Technology, A123Systems/MIT | Segway Personal Transporter, dụng cụ điện, sản phẩm hàng không, automotive hybrid systems, PHEV conversions | 1996 | Mật độ năng lượng ở mức trung bình (2 A·h outputs 70 amperes) An toàn, bền nhiệt. |
| Liti Coba Oxit (LiCoO2) | Sony first commercial production | Đa dạng | 1991 | Năng lượng riêng cao |
| Liti Niken Coban Nhôm Oxit (“NCA”, LiNiCoAlO2) | Panasonic, Saft Groupe S.A. | Xe điện | 1999 | Năng lượng riêng cao, vòng đời dài |
Điện cực âm anode
Vật liệu âm cực thường dùng là graphite và các vật liệu cacbon khác. Chúng rất rẻ và phổ biến cũng như có độ dẫn điện tốt và có cấu trúc cho phép ion liti xen kẽ vào giữa các lớp trong mạng cacbon, nhờ đó có thể dự trữ năng lượng trong khi cấu trúc tinh thể có thể phình ra tới 10%.[37] Silicon cũng được dùng như vật liệu âm cực bởi nó cũng có thể chứa ion liti, thậm chí nhiều hơn cacbon, tuy nhiên khi “chứa” ion liti, silicon có thể phình ra đến hơn 400% thể tích ban đầu, vì thế phá vỡ kết cấu pin.
| Điện cực âm | |||||
| Hợp chất | Dung lượng | Công ty | Ứng dụng | Năm | Nhận xét |
| Graphite | 372 mAh/g | Là vật liệu chính cho cực âm trong hầu hết các LIB | 1991 | Giá rẻ. Tốc độ sạc phụ thuộc nhiều vào cấu trúc, kích thước hình dạng của từng lớp graphene. | |
| Liti Titanate (“LTO”, Li4Ti5O12) | 175 mAh/g | Toshiba, Altairnano | Ô tô (Phoenix Motorcars), điện lưới dự trữ (PJM Interconnection Regional Transmission Organization control area,[121] United States Department of Defense), bus (Proterra) | 2008 | Dòng điện, thời gian sạc, độ bền (an toàn, bền nhiệt, có thể chạy trong khoảng −50–70 °C (−58–158 °F)) |
| Hard Carbon | 540 mAh/g | Energ2 | Dụng cụ điện gia đình | 2013 | Dung lượng lớn |
| Hợp kim thiếc coban (CoSnx) | lên đến 992 mAh/g | Sony | Dụng cụ điện (Sony Nexelion battery) | 2005 | Dung lượng lớn hơn pin graphite (3.5Ah 18650-type battery) |
| Silicon/Carbon | Volumetric: 580 W·h/l | Amprius[125] | Smartphones, với công suất 5000 mA·h | 2013 | Cần có cấu trúc nano với hàm lượng silicon <10% khối lượng. |
Trên đây là một số thông tin về các loại pin cũng như những thành phần cơ bản có trong pin mà chúng tôi đã tổng hợp , biên tập gửi đến quý độc giả tham khảo tìm hiểu
