Chƣơng 3 CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA XE ĐIỆN
3.3 Hệ thống pin trên xe điện
3.3.2.3 Nguyên lý hoạt động của pin Lithium-ion
Cực âm, cực dƣơng đóng vai trị là ngun liệu trong phản ứng điện hóa ở pin lion. Dung dịch điện phân tạo môi trƣờng dẫn cho ion liti di chuyển giữa 2 điện cực âm và dƣơng. Dòng điện chạy ở mạch ngồi khi pin di chuyển. Q trình này thể hiện ở quy trình sạc, xả, cụ thể nhƣ sau:
Hình 3.57: Nguyên lý hoạt động của pin lithium-ion [13]
Nguyên lý hoạt động của pin lithium ion thể hiện qua quy trình sạc, xả: Quy trình xả:
Ion lithi (mang điện dƣơng) di chuyển từ cực âm (anode), thƣờng là graphite, C6 trong phản ứng dƣới đây, qua dung dịch điện ly, sang cực dƣơng, tại đây vật liệu dƣơng cực sẽ phản ứng với ion lithi. Để cân bằng điện tích giữa 2 cực, cứ mỗi ion Li dịch chuyển từ cực âm sang cực dƣơng (cathode) trong lịng pin, thì ở mạch ngồi, lại 1 electron chuyển động từ cực âm sang cực dƣơng, nghĩa là sinh ra dòng điện chạy từ cực âm sang cực dƣơng (vì hạt mang điện lúc này là các electron mang điện tích âm).
Quy trình sạc:
Q trình sạc diễn ra ngƣợc lại quá trình xả. Dƣới điện áp sạc, electron bị buộc chạy từ điện cực dƣơng của pin (trở thành cực âm), ion Li tách khỏi cực dƣơng di chuyển trở về điện cực âm của pin (ở quy trình này đóng vai trị cực dƣơng). Trong quá trình sạc và xả pin sẽ đảo chiều.
68 Trong một chu kỳ phóng điện, những nguyên tử liti ở cực dƣơng bị ion hóa và tách khỏi các điện tử của chúng. Các ion liti di chuyển từ cực dƣơng và đi qua chất điện phân cho đến khi chúng đến đƣợc cực âm. Tại đây chúng tái kết hợp với các điện tử và trung hòa về điện.
Bán phản ứng tại cực dƣơng (cathode) trong vật liệu dạng lớp LCO đƣợc viết nhƣ sau (chiều thuận là sạc, chiều nghịch là xả):
Bán phản ứng tại cực âm (anode) trong vật liệu dạng lớp graphite (chiều thuận là sạc, chiều nghịch là xả):
Phản ứng của cả pin (chiều thuận là sạc, chiều nghịch là xả)
Nhƣ vậy khi sạc, (anode) bị khử thành , bị oxy hóa thành , và ngƣợc lại khi xả.
Về cơ bản các phản ứng ln có giới hạn. Nếu nhƣ xả quá mức (nhét thừa ion lithi) một lithi coban oxit đã bão hịa sẽ dẫn đến hình thành lithi oxit, theo phản ứng một chiều sau:
Nếu sạc quá thế pin LCO lên trên 5,2V sẽ dẫn đến hình thành coban IV oxit, theo phản ứng một chiều sau, điều này đã đƣợc kiểm chứng bằng nhiễu xạ tia X[13].