Bên cạnh các bình ắc quy đã rất quen thuộc trong đời sống, được ứng dụng nhiều trong các thiết bị điện tử hoặc ô tô, xe máy, xe nâng điện,…với các loại ắc quy 24V, ắc quy xe nâng 48V,…thì Pin Lithium cũng là loại Pin mới với rất nhiều ưu điểm, tính năng vượt trội, được nhận định sẽ được dùng phổ biến như ắc quy trong tương lai
Pin Lithium là gì?
Pin Lithium hay còn được biết đến với các tên gọi Pin Li-on, Pin Lithi-on (LIB),…đây là dòng pin cho phép sạc và tái sử dụng khi hết pin.
Pin Lithium mang đến những ưu điểm tuyệt vời cho các thiết bị, động cơ điện bởi chúng thừa hưởng, kết hợp 2 đặc tính nổi trội của pin và ắc quy là: Tính tiện dụng của pin và khả năng tái sử dụng nhiều lần của ắc quy.
Pin Lithium được ứng dụng sử dụng rộng rãi trong các thiết bị như điện thoại, máy tính, đèn pin, máy ảnh,…cho đến các dòng xe điện như: xe máy điện, xe đạp điện, xe nâng điện đứng lái, oto điện.
Công nghệ làm Pin Lithium ngày càng được tập trung nghiên cứu và phát triển bởi các tập đoàn công nghệ lớn.
Pin Lithium an toàn, có độ bền cao, thân thiện với môi trường hơn ắc quy, chúng được kỳ vọng trong tương lai sẽ thay thế hoàn toàn ắc quy truyền thống.
Nguyên lý hoạt động của Pin Lithium
Pin Lithium có thể khác nhau về hình dạng, nguyên liệu và cấu tạo nhưng chúng đều có chung một nguyên lý hoạt động.
Nguyên lý thiết kế cực của Pin Lithium
Lấp đầy khoảng trống các cực: Các cực của Pin Lithium được làm từ các hợp chất có cấu trúc dạng tinh thể lớp. Các lớp tinh thể cách nhau một khoảng (khoảng trống). Khi người dùng tiến hành sạc – xả thì các ion Li sẽ xâm nhập và điền đầy các khoảng trống giữa các lớp của cực, tạo ra phản ứng hoá học nhằm cung cấp năng lượng cho thiết bị.
Nguyên lý sạc Pin Lithium
Khi được cung cấp điện từ nguồn sạc, nhờ áp lực từ nguồn cấp, các Ion Li mang điện tích dương bị buộc chuyển động ngược từ cực dương thông qua chất điện phân sang cực âm của Pin.
Nguyên lý xả của Pin Lithium
Khi chúng ta sử dụng năng lượng của pin, lúc này các Ion Li sẽ chuyển động ngược lại qua môi trường của dung dịch điện ly, từ cực âm sang cực dương.
Cấu tạo của pin Lithium – ion
Lithium – ion này thường có cấu tạo không quá phức tạp. Chúng bao gồm 1 cực dương, 1 cực âm, bộ phận phân tách, chất điện phân, bộ thu dòng điện và vò của viên pin. Trong đó quan trọng nhất là các điện cực và bộ phận phân tách.
Điện cực dương (Cathode) của Pin Lithium
Để làm cực dương của Pin Lithium, người ta có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau.
Có 2 loại vật liệu chính thường được các nhà sản xuất sử dụng là LiMnO4LicoO2 và LiMnO4.
Loại vật liệu để cấu thành điện cực dương này có cấu trúc phân tử Oxide Coban liên kết với nguyên tử Lithium. Chúng sẽ dễ dàng tách thành Ion Litium Li+ khi có dòng điện chạy qua.
Điện cực âm (Anode) của Pin Lithium
Cực âm của Pin Lithium thường được chế tạo từ các vật liệu Cacbon và than chì. Chúng được thiết kế với mục đích bắt các ion Lithium L+ trong tinh thể.
Bộ phân tách của Pin Lithium
Bộ phân tách được thiết kế bằng vật liệu PE hoặc PP, chúng có tác dụng ngăn cách giữa cực dương và cực âm của viên pin.
Trên bề mặt của màng ngăn có các lỗ nhỏ giúp ion Li+ có thể đi qua một cách dễ dàng.
Chất điện phân trong Pin Lithium
Chất điện phân trong pin là dung dịch được thêm vào viên pin, có tác dụng lấp đầy khoảng trống giữa 2 cực và màng ngăn.
Trong chất điện phân chứa dung môi hữu cơ và LiPF6.
Dung môi hữu cơ đóng vai trò là chất dẫn các ion Li+ di chuyển qua lại giữa các cực.
Ưu nhược điểm của Pin Lithium
Ưu điểm của Pin Lithium
Cùng một công suất, Pin Lithium có những ưu điểm được đánh giá rất vượt trội mà không có bất kỳ thiết bị lưu trữ năng lượng nào khác có được, cụ thể:
| Khối lượng |
|
| Chu kỳ sạc |
|
| Tuổi thọ pin |
|
| Mật độ năng lượng. |
|
| Khả năng sạc |
|
| Dòng xả |
|
| Dòng nạp tức thời |
|
Nhược điểm của Pin Lithium
- Giá thành cao: Pin Lithium có giá thành tương đối cao so với các thiết bị lưu trữ khác.
- Nhạy cảm bởi nhiệt: Khi hoạt động ở nhiệt độ cao pin có thể gây cháy nổ, bị hỏng, nên sử dụng pin ở môi trường dưới 60 độ.
- Xuất hiện hiệu ứng tự xả: Tức là dung lượng viên pin của người dùng sẽ bị giảm dần theo thời gian, tốc độ giảm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố.
Phân loại và ứng dụng của pin Lithium
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại pin Lithium khác nhau về hiệu điện thế, hình dạng, kích thước,… Tuỳ theo thói quen mà người dùng có thể phân loại chúng vào nhiều nhóm khác nhau.
Về cơ bản Pin Lithium có một số hình dạng chính bao gồm: hình trụ nhỏ, hình trụ lớn, hình trụ tròn, hình phẳng, dạng túi,…
Người dùng dễ dàng bắt gặp một số dòng Pin Lithium như:
- Lithium-Cobalt Oxide
- Lithium-titanate: Dùng cho xe tay ga, ô tô điện, xe đạp, mô tô,…
- Lithium-Nickel Mangan Cobalt Oxide
- Lithium-Mangan Oxit
- Lithium-Iron Phosphate
Pin Lithium-ion
Pin Lithium – Ion là dòng pin được sử dụng phổ biến nhất trên thị trường hiện nay. Dòng pin này được ứng dụng phổ biến trên các thiết bị điện tử cầm tay.
Bạn có thể bắt gặp ứng dụng của chúng trong máy tính, thiết bị di động, máy ảnh, pin năng lượng mặt trời.
Ưu điểm của dòng pin này là tuổi thọ pin kéo dài, đảm bảo được mật độ năng lượng cao.
- Về cấu tạo: Pin Lithium Ion cũng được chế tạo với 3 thành phần không thể thiếu bao gồm: Hai điện cực âm dương và chất điện phân. Riêng cực dương của Pin Lithium – Ion sử dụng oxit kim loại, cực âm sử dụng carbon.
- Về quản lý: khi sử dụng Pin Lithium Ion cần có các thiết bị và bộ phận quản lý và theo dõi điện áp. Điều này khiến chi phí đầu tư của Pin Lithium sẽ cao lên đáng kể.
- Một số loại Pin Lithium – ion: Lithium Mangan Oxide (LMO), Lithium Cobalt Oxide (LCO), Lithium Nickel Mangan Cobalt Oxide (NMC), Pin Lithium Nickel Cobalt Aluminium Oxit (NCA) và Pin Lithium Iron Phosphate (LFP).
Pin Lithium Polymer
Về bản chất Pin Lithium Polymer vẫn là dòng Pin Lithium. Thế nhưng chúng sử dụng chất điện phân là Polymer khô, pin này có tên đầy đủ là Pin Lithium-ion Polymer.
Cấu tạo: Pin Lithium Polymer có đầy đủ các thành phần của một viên pin, tuy nhiên ở phần dung môi thay vì sử dụng dung môi hữu cơ, loại pin này sử dụng các tấm Polymer mỏng xếp sát vào nhau tạo thành môi trường dung môi.
Ưu điểm: Dòng Pin Lithium Polymer bền hơn, nhẹ hơn, có thể dễ dàng thay đổi hình dạng và không cần lớp vỏ sắt bảo vệ bên ngoài.