Katselukerrat: 0 Tekijä: Site Editor Julkaisuaika: 2026-08-24 Alkuperä: Sivusto
Litium-ionin varaus on +1, ja tämä perusominaisuus ohjaa laitteidesi virtaa käyttävää litiumionivarausta. Ajattele sitä kuin magneettia, jolla on positiivinen napa – aina vetävä, ei koskaan neutraali. Tämä yksittäinen positiivinen varaus on moottori jokaisen omistamasi litiumioniakun takana.
Opit, miksi tämä varaus on olemassa atomitasolla ja kuinka litiumionivaraus virtaa taskussasi olevan 3,7 voltin litiumakun läpi. Lopulta ymmärrät arjen laitteidesi takana olevan yksinkertaisen tieteen älypuhelimista sähköautoihin.
A litiumionilla on +1 varaus, koska se luovuttaa yhden elektronin tullakseen stabiiliksi.
Tämä +1-lataus työntää ioneja akun sisään ja muodostaa sähkövirran, joka pyörittää laitteita.
Tämän yksinkertaisen latauksen ymmärtäminen auttaa sinua näkemään, kuinka akut toimivat ja miksi ne ovat tehokkaita.
Jokainen atomi sisältää kolme perushiukkasta. Protoneilla on positiivinen varaus. Neutronit ovat neutraaleja, joten niillä ei ole sähköistä vetoa. Elektroneilla on negatiivinen varaus. Ajattele atomia kuin pientä aurinkokuntaa. Ydin on keskellä. Protonit ja neutronit ryhmittyvät ytimeen. Elektronit kiertävät kuorissa ytimen ympärillä.
Litiumin atomiluku on 3. Se tarkoittaa, että sen ytimessä on 3 protonia. Neutraalissa litiumatomissa on myös 3 elektronia. Positiiviset ja negatiiviset varaukset tasapainottavat toisiaan. Atomilla ei ole kokonaisvarausta. Se on sähköisen tasapainon tilassa.
Omaisuus |
Arvo |
|---|---|
Atominumero |
3 |
6.94 |
Luonnossa esiintyvällä litiumilla on kaksi muotoa, joita kutsutaan isotoopeiksi. Litium-6:ssa on 3 protonia ja 3 neutronia. Litium-7: ssä on 3 protonia ja 4 neutronia . Litium-7 on paljon yleisempi. Se muodostaa yli 92 % luonnollista litiumia. Molemmilla isotoopeilla on neutraalissa tilassaan 3 protonia ja 3 elektronia. Protonien ja elektronien tasapaino on sama molemmissa muodoissa.
Neutraalissa litiumatomissa on 3 positiivista protonia. On myös 3 negatiivista elektronia. Atomi on tasapainossa. Mutta tämä tasapaino ei kestä.
Valenssielektronit ovat elektroneja uloin kuori . atomin Nämä elektronit voivat muodostaa kemiallisia sidoksia. He päättävät kuinka atomi reagoi muiden atomien kanssa.
Litiumilla on elektronikonfiguraatio 1s⊃2;2s⊃1;. Ensimmäinen kuori sisältää 2 elektronia. Toisessa kuoressa on yksi elektroni. Tuo yksittäinen ulkoelektroni on valenssielektroni. Tämä elektroni on löyhästi ytimessä.
Atomit haluavat vakautta. He haluavat täydet ulkokuoret. Heliumilla on jo tämä. Heliumilla on täysi ensimmäinen kuori, jossa on 2 elektronia. Litium voi saavuttaa saman tilan menettämällä yhden valenssielektroninsa.
Tämän elektronin poistaminen vie energiaa. Litiumin ensimmäinen ionisaatioenergia on 520 kJ/mol.
Litiumin ensimmäinen ionisaatioenergia on 520 kJ/mol.
Vertaa tätä elektronin saamiseen. Kun litium saa elektronin, se vain vapautuu 59,6 kJ/mol . Litium menettää mieluummin elektroninsa. Tuloksena oleva vakaus tekee kaupasta kannattavan.
Kun litium menettää valenssielektroninsa, atomi muuttuu. Siinä on nyt 3 protonia, mutta vain 2 elektronia. Positiivinen varaus painaa negatiivisen. Tuloksena on +1 nettoveloitus.
Litium, jonka konfiguraatio on 1s⊃2;2s⊃1;, menettää yhden elektronin päästäkseen heliumin jalokaasukonfiguraatio , 1s⊃2;, muodostaen Li⁺. Li⁺:llä ja He:llä on samat elektronikonfiguraatiot.
Tämä on litiumionivaraus. Atomi muuttuu neutraalista litiumista litiumioniksi. Tämän ionin positiivinen nettovaraus on +1. Tämä yksinkertainen tosiasia ajaa akun kemia . Atomi haluaa päästä eroon siitä elektronista. Se haluaa saavuttaa vakaan tilan. Tämä halu saa voiman laitteisiisi.
Kuvan lähde: pekselit
Litiumioniakussa on kolme avainosaa. Anodi on negatiivinen elektrodi. Katodi on positiivinen elektrodi. Elektrolyytti istuu niiden välissä ja antaa ionien liikkua . Se päästää litiumionien läpi, mutta estää elektroneja. Litiumsuolat, kuten LiPF₆, liukenevat nesteeseen tämän reitin aikaansaamiseksi. Elektrolyytin kyky kuljettaa ioneja on noin 10 mS/cm huoneenlämpötilassa. Tämä nopeus määrittää, kuinka nopeasti akku purkautuu.
Kun käytät laitettasi, akku alkaa tyhjentyä. Anodin litiumatomit menettävät elektroneja . Tätä kutsutaan hapetukseksi. Atomeista tulee Li⁺-ioneja. Litiumionivaraus +1 ohjaa sitten koko prosessia.
Elektrolyytti kuljettaa näitä positiivisia ioneja anodista katodille . Elektronit kulkevat eri polkua. Ne kulkevat ulkopiirin läpi. Tämä antaa laitteellesi virtaa. Tämä polkujen erottaminen on erittäin tärkeää. Piirissä oleva elektronivirta tekee puhelimesi käyttämän sähkövirran.
Kaupallisten kennojen anodi on usein valmistettu grafiittia, piitä tai näiden yhdistelmää . Katodimateriaalit vaihtelevat enemmän. Valmistajat käyttävät litiumkobolttioksidia (LCO), litiummangaanioksidia (LMO), litiumrautafosfaattia (LFP) tai litium-nikkeli-mangaanikobolttioksidia (NMC). Jokainen sekoitus antaa hieman erilaisen suorituskyvyn.
Akun tarrassa näkyvä jännite tulee tästä kemiallisesta prosessista. Yksi solu antaa a nimellisjännite välillä 3,6 V ja 3,7 V. 3,7 V numero on usein markkinointimerkintä. Todellinen keskiarvo purkauksen aikana on lähempänä 3,6 V. Tämä jännite tulee elektrodimateriaalien erityisominaisuuksista.
Elektronivirtaus noudattaa selkeää järjestystä purkamisen aikana :
Anodin hapetusreaktio lähettää elektroneja ulkoiseen piiriin.
Nämä elektronit kulkevat piirin läpi kohti positiivista elektrodia.
Katodipelkistysreaktio käyttää näitä elektroneja.
Elektronien vapautumisnopeus määrittää, kuinka paljon virtaa virtaa laitteesi läpi.
Lataus kääntää koko prosessin päinvastaiseksi. Ulkopuolinen virtalähde työntää elektroneja takaisin kohti anodia. Litiumionit kulkevat takaisin elektrolyytin läpi liittyäkseen niihin. Tämä käänteinen virtaus palauttaa akun valmiustilaan.
Ionit liukuvat grafiittikerrosten läpi interkalaatio . Tämä prosessi asettaa litiumioneja grafiittikerrosten väliin rikkomatta rakennetta. Runko pysyy ehjänä, mikä pidentää akun kestoa. Purkauksen aikana ionit poistuvat deinterkalaation kautta ja virtaavat takaisin katodille.
Tämä sykli toistuu erittäin suurella tehokkuudella. Li-ion akuissa on Kulonhyötysuhde yli 99 % . Jotkut solut alkavat 99,1 prosentista ja paranevat 99,5 prosenttiin 15 syklin jälkeen. Toiset alkavat 99,5 prosentista ja saavuttavat 99,9 % 30 jakson jälkeen . Tämä tarkoittaa, että lähes jokainen elektroni ja ioni tekee hyödyllistä työtä.
Yhden kennon täyslatausjännite on yleensä 4,2 V. Purkauskatkaisu on noin 3,0 V. Nimellinen 3,7 V litiumparisto toimii tällä alueella. Jokainen omistamasi 3,7 V litiumparisto käyttää samaa peruskemiaa.
+1-veloitus ohjaa koko prosessia. Ilman sitä ionit eivät liikkuisi. Elektronit eivät virtaa. Ladattava akkusi ei toimisi. Tämä yksinkertainen positiivinen varaus muuttaa kemiallisen energian sähkövoimaksi. Se toimii kaikessa älypuhelimesta sähköautoon.
Litiumionivaraus +1 alkaa yhdestä kadonneesta elektronista. Tämä positiivinen varaus siirtää ioneja anodista katodille ja takaisin. Luotat tähän virtaukseen joka päivä. Sama kemia toimii älypuhelimesi ja sähköajoneuvoosi. Li-ion-akkujen ennustettu maailmanlaajuinen kysyntä saavuttaa 2 722 GWh vuoteen 2030 mennessä . 3,7 V:n litiumakkusi perustuu tähän tyylikkääseen periaatteeseen. Tämä lataus mahdollistaa nykyaikaisen kannettavan tehon.
Litiumatomi luovuttaa yhden elektronin tullakseen stabiiliksi. Sen jälkeen siinä on 3 protonia, mutta vain 2 elektronia. Ylimääräinen protoni antaa litiumionille sen +1-varauksen.
Yksi kenno saavuttaa 4,2 V, kun se on ladattu täyteen. Normaali jännite on 3,7 V. Sinun 3,7 V litiumparisto toimii 3,0 V ja 4,2 V välillä päivittäisessä käytössä.
Useimmat litiumioniakut voivat kestää 300–500 täyttä latausta ennen kuin ne menettävät huomattavan kapasiteetin. Yksi täysi jakso tarkoittaa yhtä latausta ja yhtä purkausta. Ladattava akku kuluu hitaasti jokaisen jakson aikana.
