Bekeken: 0 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 24-08-2026 Herkomst: Locatie
Een lithiumion heeft een lading van +1, en deze fundamentele eigenschap drijft de lithiumionlading aan die uw apparaten van stroom voorziet. Zie het als een magneet met een positieve pool: altijd trekkend, nooit neutraal. Deze enkele positieve lading is de motor achter elke lithium-ionbatterij die u bezit.
Je leert waarom deze lading op atomair niveau bestaat en hoe de lithiumionlading door de 3,7 V lithiumbatterij in je zak stroomt. Aan het einde zul je de eenvoudige wetenschap achter je dagelijkse apparaten begrijpen, van smartphones tot elektrische auto's.
A Lithiumion heeft een lading van +1 omdat het één elektron opgeeft om stabiel te worden.
Deze +1 lading duwt ionen in een batterij, waardoor de elektrische stroom ontstaat die apparaten aandrijft.
Als u dit eenvoudige opladen begrijpt, begrijpt u hoe batterijen werken en waarom ze efficiënt zijn.
Elk atoom bevat drie basisdeeltjes. Protonen hebben een positieve lading. Neutronen zijn neutraal en hebben dus geen elektrische aantrekkingskracht. Elektronen hebben een negatieve lading. Beschouw het atoom als een klein zonnestelsel. De kern bevindt zich in het midden. Protonen en neutronen clusteren in de kern. Elektronen draaien in schillen rond de kern.
Lithium heeft een atoomnummer van 3. Dat betekent dat het 3 protonen in de kern heeft. Een neutraal lithiumatoom heeft ook 3 elektronen. De positieve en negatieve ladingen houden elkaar in evenwicht. Het atoom heeft geen algemene lading. Het bevindt zich in een staat van elektrisch evenwicht.
Eigendom |
Waarde |
|---|---|
Atoomnummer |
3 |
6.94 |
Natuurlijk voorkomend lithium heeft twee vormen die isotopen worden genoemd. Lithium-6 heeft 3 protonen en 3 neutronen. Lithium-7 heeft 3 protonen en 4 neutronen . Lithium-7 komt veel vaker voor. Het maakt het goed meer dan 92% natuurlijk lithium. Beide isotopen hebben 3 protonen en 3 elektronen in hun neutrale toestand. De balans tussen protonen en elektronen is in beide vormen hetzelfde.
In een neutraal lithiumatoom zijn er 3 positieve protonen. Er zijn ook 3 negatieve elektronen. Het atoom is in balans. Maar dit evenwicht houdt geen stand.
Valentie-elektronen zijn de elektronen in de buitenste schil van een atoom. Deze elektronen kunnen chemische bindingen vormen. Ze bepalen hoe een atoom reageert met andere atomen.
Lithium heeft de elektronenconfiguratie 1s⊃2;2s⊃1;. De eerste schil bevat 2 elektronen. De tweede schil bevat 1 elektron. Dat enkele buitenste elektron is het valentie-elektron. Dit elektron wordt losjes vastgehouden door de kern.
Atomen willen stabiliteit. Ze willen volledige buitenschalen. Helium heeft dit al. Helium heeft een volledige eerste schil met 2 elektronen. Lithium kan dezelfde toestand bereiken door zijn ene valentie-elektron te verliezen.
Het verwijderen van dit elektron kost energie. De eerste ionisatie-energie van lithium is 520 kJ/mol.
De eerste ionisatie-energie van lithium is 520 kJ/mol.
Vergelijk dit met het verkrijgen van een elektron. Wanneer lithium een elektron verkrijgt, komt het alleen vrij 59,6 kJ/mol . Lithium geeft er de voorkeur aan zijn elektron te verliezen. De resulterende stabiliteit maakt de handel de moeite waard.
Wanneer lithium zijn valentie-elektron verliest, verandert het atoom. Het heeft nu 3 protonen, maar slechts 2 elektronen. De positieve lading weegt zwaarder dan de negatieve. Het resultaat is een nettolast van +1.
Lithium, met configuratie 1s⊃2;2s⊃1;, verliest één elektron om de edelgasconfiguratie van helium , 1s⊃2;, waarbij Li⁺ wordt gevormd. Li⁺ en He hebben dezelfde elektronenconfiguraties.
Dit is de lithiumionlading. Het atoom verandert van neutraal lithium naar een lithiumion. Dit ion heeft een netto positieve lading van +1. Dit simpele feit drijft batterij chemie . Het atoom wil van dat elektron af. Het wil een stabiele toestand bereiken. Dit verlangen voedt uw apparaten.
Afbeeldingsbron: pexels
Een lithium-ionbatterij bestaat uit drie belangrijke onderdelen. De anode is de negatieve elektrode. De kathode is de positieve elektrode. De elektrolyt zit ertussen en laat ionen bewegen . Het laat lithiumionen door, maar blokkeert elektronen. Lithiumzouten zoals LiPF₆ lossen op in een vloeistof om dit pad te maken. Het vermogen van de elektrolyt om ionen te transporteren is ongeveer 10 mS/cm bij kamertemperatuur. Deze snelheid bepaalt hoe snel de batterij kan ontladen.
Wanneer u uw apparaat gebruikt, begint de batterij leeg te raken. Lithiumatomen aan de anode verliezen elektronen . Dit heet oxidatie. De atomen worden Li⁺-ionen. De lithiumionlading van +1 drijft vervolgens het hele proces aan.
De elektrolyt draagt deze positieve ionen van de anode naar de kathode . De elektronen volgen een ander pad. Ze reizen via het buitencircuit. Hierdoor wordt uw apparaat van stroom voorzien. Deze scheiding van paden is erg belangrijk. De elektronenstroom in het circuit zorgt voor de elektrische stroom die uw telefoon gebruikt.
De anode in commerciële cellen is vaak gemaakt van grafiet, silicium of een combinatie van beide . De kathodematerialen variëren meer. Fabrikanten gebruiken lithiumkobaltoxide (LCO), lithiummangaanoxide (LMO), lithiumijzerfosfaat (LFP) of lithiumnikkel-mangaankobaltoxide (NMC). Elke mix geeft iets andere prestaties.
De spanning die u op het batterijlabel ziet, is afkomstig van dit chemische proces. Eén cel geeft a nominale spanning tussen 3,6V en 3,7V . Het 3,7V-nummer is vaak een marketinglabel. Het werkelijke gemiddelde tijdens ontlading ligt dichter bij 3,6 V. Deze spanning komt voort uit de specifieke eigenschappen van de elektrodematerialen.
De elektronenstroom volgt tijdens de ontlading een duidelijke volgorde :
De anode-oxidatiereactie stuurt elektronen naar het externe circuit.
Deze elektronen reizen door het circuit naar de positieve elektrode.
De kathodereductiereactie maakt gebruik van deze elektronen.
De snelheid waarmee elektronen worden vrijgegeven, bepaalt hoeveel stroom door uw apparaat stroomt.
Opladen keert dit hele proces om. Een externe stroombron duwt elektronen terug naar de anode. De lithiumionen reizen terug door de elektrolyt om zich bij hen te voegen. Deze omgekeerde stroom brengt de batterij terug naar de gereedheidsstatus.
De ionen glijden er doorheen in de grafietlagen intercalatie . Dit proces plaatst lithiumionen tussen de grafietlagen zonder de structuur te breken. Het frame blijft intact, waardoor de batterij langer meegaat. Tijdens de ontlading verlaten de ionen de intercalatie en stromen terug naar de kathode.
Deze cyclus herhaalt zich met een zeer hoog rendement. Li-ion-batterijen hebben Coulombische efficiëntie meer dan 99% . Sommige cellen beginnen bij 99,1% en verbeteren na 15 cycli tot 99,5%. Anderen beginnen bij 99,5% en bereiken 99,9% na 30 cycli . Dit betekent dat bijna elk elektron en ion nuttig werk doet.
De volledige laadspanning voor één cel is gewoonlijk 4,2 V. De ontladingsgrens ligt rond de 3,0 V. De nominale De lithiumbatterij van 3,7 V werkt binnen dit bereik. Elke lithiumbatterij van 3,7 V die u bezit, gebruikt dezelfde basischemie.
De +1 lading drijft dit hele proces aan. Zonder dit zouden de ionen niet bewegen. De elektronen zouden niet stromen. Uw oplaadbare batterij zou niet werken. Deze eenvoudige positieve lading verandert chemische energie in elektrische energie. Het voedt alles, van uw smartphone tot uw elektrische auto.
De lithiumionlading van +1 begint met een enkel verloren elektron. Deze positieve lading verplaatst ionen van anode naar kathode en terug. Je vertrouwt elke dag op deze stroom. Dezelfde chemie drijft uw smartphone en elektrische auto aan. De verwachte mondiale vraag naar li-ionbatterijen bereikt dit punt 2.722 GWh in 2030 . Uw 3,7 V lithiumbatterij is afhankelijk van dit elegante principe. Deze lading maakt moderne draagbare stroom mogelijk.
Een lithiumatoom geeft één elektron weg om stabiel te worden. Daarna heeft het 3 protonen maar slechts 2 elektronen. Het extra proton geeft het lithiumion zijn +1 lading.
Eén cel bereikt 4,2 V wanneer deze volledig is opgeladen. Het gebruikelijke vermogen is 3,7 V. Jouw De lithiumbatterij van 3,7 V werkt bij dagelijks gebruik tussen 3,0 V en 4,2 V.
De meeste li-ionbatterijen kunnen 300 tot 500 keer volledig worden opgeladen voordat ze merkbare capaciteit verliezen. Eén volledige cyclus betekent één keer opladen plus één keer ontladen. Uw oplaadbare batterij raakt bij elke cyclus langzaam leeg.
