nguyên lý hoạt động và vai trò của pin sạc liti

5. Trình bày nguyên lý hoạt động và vai trò của pin sạc liti, và các hướng cải tiến
pin liti nhằm phục vụ các lĩnh vực có nhu cầu mật độ công suất và năng lượng cao,
chẳng hạn như xe ô tô điện.
1, nguyên lí hoạt động:
* Quá trình nạp: Khi gắn pin vào bộ sạc, bộ sạc sẽ nắn điện xoay chiều ở nguồn
điện thông thường thành điện một chiều và áp lên cực dương và âm của pin Lion.
Lúc đó xảy ra quá trình sạc
Tại cực dương xảy ra hiện tượng điện phân khiến nguyên tử Li bị tách ra LiCo2
tạo thành ion Li+. Dưới tác động của điện trường tạo ra do hiệu điện thế một chiều
áp lên cực dương và âm khiến các ion Li+ chuyển động từ cực dương sang cực âm
và bị giữ lại trong các mạng tinh thể cacbon tại cực âm.
Các ion L+ bắt đầu di chuyển từ cực dương sang âm khi điện áp sạc khoảng 3.7 V
do vậy các thiết bị sạc pin Lion thường duy trì điện áp sạc khoảng 3.7V cao nhất là
4.2 V..
* Quá trình xã. Trong quá trình sạc , sự di chuyển của ion Li+ từ cực dương sang
cực âm khiến hiệu điện thế hình thành giữa 2 cực. Khi nối một tải tiêu thụ vào
giữa hai cực sẽ xuất hiện dòng điện chạy qua tải và các ion Li+ cũng thoát ra khỏi
các tinh thể cacbon ở cực âm và chuyển động về cực dương.
Trong quá trính nạp hay xả đều sinh ra nhiệt nếu không được bảo vệ có thể gây
cháy. Ngoài ra nếu xả quá sâu cũng gây ảnh hưởng đến pin. Phần tới sẽ trình bày
về các vấn đề hạn chế của pin lion và cách sử dụng pin hợp lý.
2, vai trò của pin sạc liti
- Khác với các loại pin trước đó, pin Li-ion cho phép người dùng sạc bất cứ lúc
nào, bất kể trạng thái hiện tại của nó còn hay hết điện. Và người dùng cũng có thể
xả (ngưng sạc) bất cứ lúc nào mà không cần đợi nó phải được sạc đầy như các loại
pin

khác.

- Với cùng điều kiện nhiệt độ, pin Li-ion khi không sử dụng không đòi hỏi phải
sạc đầy trước khi cất trữ và thời gian lưu trữ dài hơn. Chẳng hạn, với dụng lượng

sạc 40% (đây cũng là điều kiện tối ưu), pin li-ion có thể được lưu trữ từ 12 đến 18
tháng ở nhiệt độ 0 - 25 độ C (nhiệt độ càng cao thời gian lưu trữ càng giảm). Nó
cũng cho phép xả kiệt (deeply discharge) một số giới hạn lần, tuy không nhiều


nhưng

"dễ

dãi"

hơn

nhiều

so

với

pin

Ni-Cad

hay

pin

Chì-axit.

- Pin Li-ion có tuổi thọ tiêu chuẩn trong khoảng 2-3 năm, tương ứng với 300-500

chu kỳ sạc-xả. Mặc dù có những ưu điểm vượt trội như trên nhưng pin Li-ion cũng
đòi hỏi tuân thủ một số qui định về sử dụng để giúp kéo dài tuổi thọ.
3, các hướng cải tiến pin liti:
* Thay đổi thành phần hóa học: tái bố trí thành phần hóa học của loại pin
lithium-ion thường dùng để có thêm cát (hay còn có tên gọi khác là silic
đioxit). Bằng cách thay thế than chì (graphit) trong các loại pin hiện giờ bằng
cát, họ đã đạt được mức mật độ điện năng nhiều gấp 3-4 lần so với mật độ
hiện có trong khuôn thiết kế tương tự.
* các nhà nghiên cứu đã có thể tăng khả năng lưu trữ năng lượng của pin lithiumair mà không làm thay đổi trọng lượng với việc thay thế các điện cực bằng sợi
cacbon. Pin lithium-air mang lại mật độ năng lượng cao chính là nhờ vào mối liên
kết giữa điện cực dương bằng lithium và oxy trong không khí thông qua một điện
cực âm bằng cacbon có cấu trúc lỗ hổng. Trong quá trình xả pin, các ion lithium sẽ
"trôi" từ điện cực dương thông qua chất điện phân và kết hợp với oxy để hình
thành lithium oxit đến điện cực âm. Và trong quá trình sạc, lithium oxit tiếp tục
chia tách thành lithium và oxy, quy trình tương tự sẽ có thể bắt đầu trở lại.