Wpis użytkownika GucciSlav w Ciekawostki

#CiekawostkiBingAI - zadaję pytania czatowi GPT i publikuję odpowiedzi.

Jakie reakcje zachodzą w ogniwach litowo jonowych przy skrajnym naładowaniu i rozładowaniu, które powodują ich degradację?

Ogniwa litowo-jonowe są rodzajem ogniw galwanicznych, w których zachodzą reakcje redoks pomiędzy jonami litu a innymi związkami chemicznymi. Przykładem takiej reakcji jest:

Na anodzie (biegun ujemny): Li → Li+ + e-

Na katodzie (biegun dodatni): CoO2 + Li+ + e- → LiCoO2

Sumaryczne równanie reakcji to: Li + CoO2 → LiCoO2

Reakcje te są odwracalne, co oznacza, że przy ładowaniu ogniwa zachodzą w odwrotnym kierunku niż przy rozładowywaniu.

Przy skrajnym naładowaniu lub rozładowaniu ogniwa litowo-jonowego mogą zachodzić niepożądane procesy, które powodują degradację ogniwa i zmniejszają jego żywotność. Niektóre z tych procesów to:

- Dysocjacja elektrolitu - polega na rozpadzie cząsteczek elektrolitu (zwykle mieszaniny organicznych soli litu i rozpuszczalników) pod wpływem wysokiego napięcia na elektrodach. Powstające produkty dysocjacji mogą reagować z elektrodami lub tworzyć osady na ich powierzchni, co zmniejsza przewodność jonową i elektryczną ogniwa.

- Dyfuzja litu - polega na przenikaniu jonów litu przez warstwę pasywną (SEI - solid electrolyte interphase), która tworzy się na powierzchni anody z grafitu podczas pierwszego ładowania ogniwa. Warstwa ta chroni anodę przed dalszymi reakcjami z elektrolitem, ale jednocześnie utrudnia dyfuzję jonów litu do i z anody. Przy skrajnym naładowaniu lub rozładowaniu ogniwa może dochodzić do nadmiernego gromadzenia się lub ubytku jonów litu w anodzie, co prowadzi do jej uszkodzenia lub spadku pojemności ogniwa.

- Plating litu - polega na wytrącaniu się metalicznego litu na powierzchni anody przy zbyt szybkim lub głębokim rozładowywaniu ogniwa. Plating litu zmniejsza ilość jonów litu dostępnych dla reakcji redoks i zwiększa ryzyko zwarcia ogniwa.

- Dymorfizm katody - polega na zmianie struktury krystalicznej katody z tlenku kobaltu litu (LiCoO2) pod wpływem wysokiego napięcia lub temperatury. Dymorfizm katody powoduje zmianę objętości katody i pogorszenie jej właściwości elektrochemicznych.

Źródła: ¹²³

Źródło: Konwersacja za pomocą usługi Bing, 10.06.2023

(1) Zapis równania w formie cząsteczkowej, jonowej i jonowej skróconej .... https://pl.khanacademy.org/science/ap-chemistry/chemical-reactions-ap/types-of-chemical-reactions-ap/a/complete-ionic-and-net-ionic-equations.

(2) Ćwiczenie zapisu równań reakcji zachodzących w ogniwach. https://zpe.gov.pl/pdf/Pq3j0oCP4.

(3) Synteza i badanie właściwości nowej organicznej soli litowej nie .... https://repo.pw.edu.pl/docstore/download/WUT55154cf2cc5943388d1a0bed3f80933e/jniewiedzial_praca_inz.pdf.