Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 08:36 • sest 17:47 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 18:06 • Sest 09:29 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 06:40 • Síðdegis: 18:55 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 00:34 • Síðdegis: 12:51 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: í daglegu lífi
Náttúruvísindi og verkfræði Efnafræði

Hvernig verka litínjónarafhlöður og hvernig er hægt að hlaða þær aftur?

Ágúst Kvaran

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 (Cn) (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:

Höfundur

Ágúst Kvaran

Ágúst Kvaran

prófessor í eðlisefnafræði við HÍ

Útgáfudagur

12.1.2009

Spyrjandi

Sigurður Andri, Haukur Jónasson, Héðinn Eiríksson, Marteinn Sigurðsson

Efnisorð

Tilvísun

Ágúst Kvaran. „Hvernig verka litínjónarafhlöður og hvernig er hægt að hlaða þær aftur?“ Vísindavefurinn, 12. janúar 2009. Sótt 21. október 2021. http://visindavefur.is/svar.php?id=50933.

Ágúst Kvaran. (2009, 12. janúar). Hvernig verka litínjónarafhlöður og hvernig er hægt að hlaða þær aftur? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=50933

Ágúst Kvaran. „Hvernig verka litínjónarafhlöður og hvernig er hægt að hlaða þær aftur?“ Vísindavefurinn. 12. jan. 2009. Vefsíða. 21. okt. 2021. <http://visindavefur.is/svar.php?id=50933>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvernig verka litínjónarafhlöður og hvernig er hægt að hlaða þær aftur?
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 (Cn) (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:...