Pin Lithium là gì? Cấu tạo và so sánh chi tiết so với pin ắc quy chì

Xem nhanh

1. Pin Lithium là gì?

2. Cấu tạo pin Lithium

3. So sánh pin Lithium với ắc quy chì

4. Pin Lithium có bền không?

 

1. Pin Lithium là gì?

Pin Lithium, hay còn gọi là pin Li-on, hoặc pin Lithi-on, viết tắt là LIB, thuộc loại pin sạc.

Pin Lithium thường được dùng cho các thiết bị điện di động như điện thoại, máy chụp hình, máy chơi game, máy tính,… Không những thế, loại pin này đang được chú trọng phát triển trong quân đội, các ứng dụng của phương tiện di chuyển chạy bằng điện (như xe đạp điện, xe máy điện,…) và kĩ thuật hàng không.

 

 

Nói một cách khác, pin Lithium được kì vọng sẽ thay thế cho ắc quy chì - thường được sử dụng trong ô tô, xe máy và các loại xe điện trước đây. Nó không chỉ mang lại hiệu suất hoạt động cao, mà còn hứa hẹn về việc đảm bảo môi trường sạch (vì hạn chế thải ra kim loại nặng), cũng như nâng cao việc sử dụng an toàn (vì tránh dùng dung dịch điện ly chứa axit).

2. Cấu tạo pin Lithium

Loại pin này sử dụng điện cực - được làm từ các hợp chất có cấu trúc tinh thể dạng lớp. Khi pin đang trong trạng thái sạc và xả, thì các ion Li sẽ xâm nhập, điền đầy khoảng trống giữa các lớp này. Chính vì thế mà phản ứng hóa học xảy ra và cung cấp năng lượng cho thiết bị hoạt động.

• Trong quá trình sạc, các ion Li chuyển động từ cực dương sang cực âm.
• Trong quá trình xả (gọi là quá trình sử dụng), các ion Li chuyển động từ cực âm sang cực dương.

 

Cực dương được làm bằng hợp chất ô xít kim loại chuyển tiếp và Li (như LiMnO2, LiCoO2,… còn cực âm được làm bằng graphite. Ngoài ra, dung dịch điện ly của pin (nghĩa là môi trường cho phép các ion Li chuyển dịch từ điện cực này sang điện cực kia) phải có độ dẫn ion tốt cũng là chất cách điện tốt.

Ví dụ:

• Các thiết bị điện di động: sử dụng pin Lithium có điện cực âm làm bằng Lithium Coban Oxit (LiCoO2, viết tắt LCO). Đặc điểm của chất này là có mật độ năng lượng cao nhưng kém an toàn khi pin bị rò rỉ, gây nguy hiểm.
• Các thiết bị điện y tế, xe điện: sử dụng pin Lithium có điện cực dương thường làm bằng Lithium Sắt Phosphate (LiFePO4, viết tắt LFP), Lithium Niken Mangan Coban Oxit (LiNiMnCoO2, viết tắt NMC), và Lithium Mangan Oxit (LiMn2O4, Li2MnO3, viết tắt LMO). Dù các vật liệu này có mật độ năng lượng thấp hơn so với LCO nhưng lại có tuổi thọ lâu và sử dụng an toàn hơn.

Bán phản ứng tại cực dương (cathode) trong vật liệu dạng lớp LCO được viết như sau (chiều thuận là sạc, chiều nghịch là xả):

LiCoO₂ {\displaystyle \rightleftharpoons } CoO₂ + Li⁺ + e^-

Bán phản ứng tại cực âm (anode) trong vật liệu dạng lớp graphite (chiều thuận là sạc, chiều nghịch là xả):

C₆ + Li⁺ + e^- {\displaystyle \rightleftharpoons } LiC₆

Phản ứng của cả pin (chiều thuận là sạc, chiều nghịch là xả)

C₆ + LiCoO₂ {\displaystyle \rightleftharpoons } LiC₆ + CoO₂

Như vậy khi sạc, C₆⁰ (anode) bị khử thành C₆^1-, Co³⁺ bị oxi hóa thành Co⁴⁺, và ngược lại khi xả.

Về cơ bản các phản ứng luôn có giới hạn. Nếu như xả quá mức (nhét thừa ion liti) một liti coban oxit đã bão hòa sẽ dẫn đến hình thành liti oxit, theo phản ứng một chiều sau:

LiCoO₂ + Li⁺ + e^- → Li₂O + CoO

Nếu sạc quá thế pin LCO lên trên 5,2 V sẽ dẫn đến hình thành coban IV oxit, theo phản ứng một chiều sau, điều này đã được kiểm chứng bằng nhiễu xạ tia X.

LiCoO₂ → Li⁺ +e^- + CoO₂NMC hiện nay là chất phổ biến và ưu tiên sử dụng cho pin ứng dụng trong dòng xe điện.

 

3. So sánh pin Lithium với ắc quy chì

	Pin Lithium	Ắc quy chì
Độ bền	Khoảng 4 - 5 năm	Khoảng 1 năm
Mật độ năng lượng sạc - xả	20 Wh/kg, chịu được dòng xả lớn dạng xung (trong thời gian ngắn) và chịu tải cao.	32 Wh/kg, chỉ chịu được dòng xả nhỏ và khả năng chịu tải kém.
Thời gian sạc	Nhanh, 3 - 4 tiếng, thậm chí vài phút. Sử dụng hết pin (gọi là xả), không lo bị hỏng pin sau một thời gian sử dụng.	Chậm, 6 - 8 tiếng. Nếu bị xả quá 50% mà không được sạc đầy, thì ắn quy dễ bị hỏng sau 1 - 2 tháng sử dụng. Nếu bị xả tới tận đáy sẽ xuất hiện PbSO4 gây hỏng bản cực và chết
Khối lượng	Nhẹ, khoảng 3 - 4 kg	Khá nặng, 12 - 15 kg
Khả năng chống nước	Có	Không
Bảo hành	Tùy nhà sản xuất (thời gian lâu)	Tùy nhà sản xuất (thời gian ngắn)
Khả năng chống cháy nổ	Cao	Thấp
Ảnh hưởng môi trường	Ít, vì được cấu tạo bởi những cell rắn lithium, không có chì hoặc axit.	Nhiều, vì được cấu tạo bởi chì và axit.

4.Pin Lithium có bền không?

Sau khi so sánh về các yếu tố giữa pin Lithium và ắc quy chì, chúng ta thấy rằng việc sử dụng pin Lithium có nhiều ưu điểm và dĩ nhiên độ bền của loại pin này cao hơn ắc quy chì rất nhiều.

Pin Lithium mang lại hiệu suất hoạt động trên 90%, cho tốc độ sạc nhanh và giảm tải cho bộ phận nạp điện của thiết bị điện khi sử dụng. Độ bền của pin Lithium có thể kéo dài đến 4 - 5 năm, trong khi ắc quy chì chỉ khoảng 1 năm.

 

Pin Lithium sử dụng lưu trữ trong hệ thống đèn đường Led năng lượng mặt trời

---