Cara Kerja Baterei HP (lithium-ion)

baterai lithium-ion. Ini adalah salah satu yang memberdayakan ponsel dan laptop kami, perangkat yang telah memberikan kontribusi besar untuk mengubah cara kami bekerja dan berinteraksi dengan teman, rekan kerja, pengecer, dan bahkan orang asing. Tuntutan listrik yang dibuat oleh ponsel pintar kami akan meratakan NiCad atau baterai hidrida logam nikel dalam waktu kurang dari satu jam, tetapi dengan efisiensi kimia lithium-ion, kita dapat mengobrol dengan ibu, menonton video, mengirim pesan kepada teman-teman kita, mendengarkan ke musik, membeli sepasang sepatu online, diberikan petunjuk navigasi dan mengambil banyak foto sepanjang hari.

Kistimewaan baterai lithium-ion 

Kistimewaan baterai lithium-ion terletak pada kepadatan energi baterei , sekitar dua kali lipat dari baterai NiCad, yang berarti bahwa baterai setengah ukuran akan memberikan jumlah daya yang sama. Mereka ringan dan Stabil yang berarti mereka lebih baik untuk hal-hal seperti elektronik portabel daripada baterai timbal-asam

Kimia baterai lithium-ion

Seperti namanya, ion lithium (Li 2+ ) terlibat dalam reaksi baterai. Kedua elektroda dalam sel lithium-ion terbuat dari bahan yang dapat menginterkalasi atau 'menyerap' ion lithium (sedikit seperti ion hidrida dalam baterai NiMH ). Interkalasi adalah ketika ion bermuatan suatu elemen dapat 'dipegang' di dalam struktur bahan inang tanpa mengganggu secara signifikan. Dalam kasus baterai lithium-ion, ion lithium 'tertanam' dengan elektron di dalam struktur anoda. Ketika baterai dilepaskan, ion litium interkalasi dilepaskan dari anoda, dan kemudian berjalan melalui larutan elektrolit untuk diserap (disisipkan) di katoda.

Baterai lithium-ion mulai hidup dalam keadaan tidak di cas penuh: semua ion litium intercalated dalam katoda dan kimia yang belum memiliki kemampuan untuk menghasilkan listrik. Sebelum Anda dapat menggunakan baterai, Anda perlu mengisi daya baterai. Saat baterai diisi, reaksi oksidasi terjadi di katoda, yang berarti kehilangan sebagian elektron yang bermuatan negatif. Untuk menjaga keseimbangan muatan dalam katoda, jumlah yang sama dari beberapa ion litium interkalatif bermuatan positif dilarutkan ke dalam larutan elektrolit. Ini perjalanan ke anoda, di mana mereka disisipkan dalam grafit. Reaksi interkalasi ini juga menyimpan elektron ke anoda grafit, untuk 'mengikat' ion litium.

Selama pengosongan, ion-ion litium dide-interkalasi dari anoda dan berjalan kembali melalui elektrolit ke katoda. Ini juga melepaskan elektron yang mengikatnya ke anoda, dan ini mengalir melalui kabel eksternal, menyediakan arus listrik yang kita gunakan untuk bekerja. Ini adalah koneksi dari kawat eksternal yang memungkinkan reaksi untuk melanjutkan — ketika elektron bebas bepergian, demikian juga ion lithium bermuatan positif yang akan menyeimbangkan pergerakan muatan negatifnya.

Ketika katoda menjadi penuh dengan ion lithium, reaksi berhenti dan baterai menjadi rata. Kemudian kami mengisi ulang baterai lithium-ion kami lagi, dan muatan listrik eksternal yang kami terapkan mendorong ion lithium kembali ke anoda dari katoda.

Elektrolit dalam sel lithium-ion biasanya merupakan larutan garam lithium dalam campuran pelarut (seperti dimetil karbonat atau dietil karbonat) yang dirancang untuk meningkatkan kinerja baterai. Setelah garam lithium dilarutkan dalam elektrolit berarti larutan mengandung ion lithium. Ini berarti bahwa ion lithium individu tidak harus melakukan perjalanan lengkap dari anoda ke katoda untuk menyelesaikan rangkaian. Saat ion ditendang keluar dari anoda, yang lain yang sudah nongkrong di elektrolit, dekat permukaan elektroda, dapat dengan mudah diserap (disisipkan) ke dalam katoda. Kebalikannya terjadi selama pengisian.

Bahan mikroskopis yang digunakan untuk katoda lithium-ion. Sumber gambar: BASF / Flickr .

Menjadi kecil dan ringan, banyak lithium dapat disimpan (intercalated) di kedua elektroda. Inilah yang memberi baterai lithium-ion kepadatan energinya yang tinggi. Sebagai contoh, satu ion lithium dapat disimpan untuk setiap enam atom karbon dalam grafit, dan semakin banyak ion lithium yang ada untuk berbagi perjalanan dari anoda ke katoda (dan kembali lagi selama siklus pengisian ulang), semakin banyak elektron yang ada di sana. menyeimbangkan gerakan mereka dan menyediakan arus listrik.

Transfer ion lithium antara elektroda terjadi pada tegangan yang jauh lebih tinggi daripada jenis baterai lain dan, karena mereka harus diimbangi oleh jumlah elektron yang sama, sel lithium-ion tunggal dapat menghasilkan tegangan 3,6 volt atau lebih tinggi, tergantung pada bahan katoda. Sel alkali yang khas hanya menghasilkan sekitar 1,5 volt. Baterai mobil timbal-asam standar membutuhkan enam sel 2 volt yang ditumpuk bersama untuk menghasilkan 12 volt.

Karena kepadatan energinya yang tinggi, dan ringannya komparatif mereka, menumpuk banyak sel lithium-ion bersama-sama di satu tempat menghasilkan baterai jauh lebih ringan dan lebih kompak daripada tumpukan yang terbuat dari jenis baterai lainnya. Jika kita mengumpulkan cukup sel lithium-ion bersama-sama, kita dapat mencapai tegangan yang cukup tinggi, seperti yang diperlukan untuk menjalankan mobil listrik. Tentu saja, semua mobil kita sudah memiliki baterai, tetapi mereka hanya untuk mendapatkan mesin bensin atau diesel, maka bahan bakar melakukan semua pekerjaan. Baterai mobil listrik adalah sumber energinya, dan apa yang membuatnya mendengus untuk menaiki bukit yang curam. Jadi, biasanya akan memiliki 96 volt atau bahkan lebih, bahkan dengan tegangan tinggi dari sel lithium-ion, membutuhkan cukup banyak sel yang ditumpuk bersama.

Sumber : https://www.science.org.au/curious/technology-future/lithium-ion-batteries