باتری لیتیم-یون چیست و چگونه کارمی کند؟

باتریهای لیتیم-یون از جمله باتریهای ثانویه یا قابل شارژ هستند که چرخه شارژ و دشارژ آنها با توجه به شیمی باتری میتواند تا چند هزار سیکل ادامه داشته باشد. این باتری ها با توجه به خواص منحصر به فرد خود امروزه در کاربردهای متنوعی از جمله خودروهای الکتریکی و هیبریدی، لوازم الکترونیکی، سیستمهای ذخیره ساز انرژی و همچنین سایر کاربردهای هوافضا و نظامی مورد استفاده قرار میگیرند. اجزای اصلی باتریهای لیتیم-یون عبارتند از:

قطب مثبت (کاتد) که تعیین کننده ولتاژ و ظرفیت باتری است و معمولا یک اکسید فلزی است،
قطب منفی (آند) که به عنوان ذخیره ساز یونهای لیتیم در هنگام شارژ عمل می کند و معمولا از جنس کربن می باشد،
جداکننده یا سپراتور که به عنوان عایق الکتریکی بین کاتد و آند عمل کرده و از اتصال کوتاه باتری جلوگیری می کند و در عین حال امکان انتقال یونهای لیتیم را نیز مهیا میکند،
الکترولیت که محلولی از نمک لیتیم است، بستر انتقال یونها را بین کاتد و آند فراهم میکند.

عملکرد باتری های لیتیم-یون به نحوی است که در طول شارژ، یون های لیتیم از طریق الکترولیت از الکترود مثبت به الکترود منفی جریان می یابند. الکترون‌ها نیز از الکترود مثبت به الکترود منفی شارش می‌یابند، با این تفاوت که مسیر طولانی‌تری را در اطراف مدار بیرونی طی می‌کنند. الکترون ها و یون ها در الکترود منفی ترکیب می شوند و لیتیم در آند ذخیره می شود. زمانی که دیگر یونی جریان نداشته باشد، باتری کاملاً شارژ شده و آماده استفاده است. در طول تخلیه، یون ها از طریق الکترولیت از الکترود منفی به الکترود مثبت بر می گردند. الکترون ها نیز از طریق مدار بیرونی از الکترود منفی به الکترود مثبت جریان می یابند و انرژی تولید می کنند. هنگامی که همه یون ها به عقب برگشتند، باتری کاملاً تخلیه شده و نیاز به شارژ مجدد دارد.