Um virkni rafhlaðna er fjallað í svari við spurningunni Hvernig verka rafhlöður í farsímum? og bendum við lesendum á að lesa það fyrst.

Við forskaut í litínjónarafhlöðu eru litínfrumeindir (Li) milli laga af kolefnisfjölliðum (C_n) (mynd 1a). Við bakskautið eru hins vegar litínjónir (Li⁺) í kristallsgrind sem getur verið af ýmsum gerðum og með mismunandi atómsamsetningum. Á mynd 1a er sýnd ein slík kristallsgrind sem ber efnatáknið LiCoO₂. Í henni er kóbalt (Co) og súrefni (O) auk litíns (Li). Þegar litínjónarafhlaðan er virk flæða rafeindir frá litínatómum í fjölliðugrindinni gegnum tækið sem hún knýr og skila sér yfir á Li⁺-jónirnar í kristallsgrindinni. Við það verða til Li⁺-jónir í fjölliðugrindinni og litínatóm í kristallsgrindinni. Vegna innri spennu í rafhlöðunni flæða Li⁺-jónir sem myndast í fjölliðugrindinni í vökvalausn innan rafhlöðunnar yfir að kristallsgrindinni (bakskautinu eða katóðunni). Þessi virkni rafhlöðunnar getur haldið áfram þar til of lítið er orðið af Li-frumeindum við forskautið og af Li⁺-jónum við bakskautið. Þá lækkar spennan milli skauta rafhlöðunnar og hún hættir að verka.

Mynd 1a: Verkun litínjónarafhlöðu.

Til að fá rafhlöðuna til að verka á nýjan leik er hleðslutæki tengt við rafhlöðuna í stað upphaflega tækisins sem hún átti að knýja. Í hleðslutækinu er oftast afriðill sem afriðar riðstrauminn frá rafveitunni. Hleðslutækið verkar þá svipað og rafhlaða þar sem forskaut þess er tengd við forskaut litín-jón rafhlöðunar og bakskautin eru samtengd (mynd 1b). Þegar hleðslutækið er tengt við rafhlöðuna á sér stað virkni í litínjónarafhlöðunni andstætt því sem átti sér stað áður þegar rafhlaðan var í notkun. Nú eru rafeindir losaðar frá Li-frumeindum sem höfðu myndast í kristallsgrindinni og Li⁺-jónir þar endurmyndaðar en rafeindum skilað á ný yfir á Li⁺ jónir í nánd við fjölliðugrindina til að endurmynda Li-frumeindir. Í þetta sinn flæða Li⁺-jónir aftur til baka frá kristalgrindinni yfir að fjölliðugrindinni. Hleðslu er lokið þegar þessi „viðsnúningur“ er yfirstaðinn og búið er að mynda sömu aðstæður í litínjónarafhlöðunni og voru fyrir hendi áður en hún var notuð. Þá er hún fullhlaðin og nothæf á nýjan leik.

Mynd 1b: Hleðsla litínjónarafhlöðu.

Í eldri gerðum af rafhlöðum eru efnaferlin oft talsvert flóknari en hér er lýst og er það meginástæða þess að ekki er hægt að hlaða þær aftur þegar þær tæmast.

Heimildir og myndir:

• Wikipedia.org
• How stuff works
• Reference of Lithium Ion Rechargeable Battery