Lipo pil, şarj ve deşarjı gerçekleştirmek için kimyasal bir reaksiyon kullanır, bu da geri dönüşümlüdür ve kontrolü kolaydır, bu nedenle pil yeniden şarj edilebilir.
Lipo pilinin katodu yüksek saflıkta lityum içeren metal oksitten oluşur. Katot malzemesinin kimyasal bileşimi ve kristal yapısı ne kadar düzgün olursa pilin performansı o kadar iyi olur ve ömrü o kadar uzun olur. Diğer uçta, karbonun katmanlı bir yapısı olan grafitten oluşan anot bulunur. Pil ayrıca, yüklü Li+'nın içinde serbestçe hareket etmesini sağlayan iletken bir ortam elektroliti içerir. Bu elektrolitin saflığı çok yüksek olmalı ve pilin verimli bir şekilde şarj edilmesini sağlamak için mümkün olduğunca susuz olmalıdır. Kısa devreleri önlemek için iki elektrot arasına bir yalıtım tabakası diyaframı eklenir.
Ticari olarak temin edilebilen Lipo pil katot malzemeleri genellikle LiCoO2 veya LiMn2O4 iken anot malzemeleri lityum veya lityum-karbon bileşikleridir. Bu makale, Lipo pil şarj ve deşarj sürecini tanıtmak için LiCoO2 ve lityum-karbon bileşiklerini örnek olarak alır.
İlke:
Katot ve elektrolitteki Li+, şarj sırasında Li'ye indirgenen elektronları elde etmek için anotta birikir. Grafit, katmanlı bir düzleme sahip mükemmel bir kristal yapıya sahip olduğundan, indirgenmiş Li, anotun karbon malzemesine gömülecek ve karbon grafit katmanları arasında depolanacaktır. Deşarj işlemi sırasında, elementel Li aktiftir ve en dıştaki elektronlar kolayca kaybolur. Dış devre açıldığında, anottaki CoO2'deki Co+, elektronları dış devre aracılığıyla anottan göç etmeye çeker ve elektronlar Li atomlarından ayrılır. Negatif elektrotun karbon malzemesine gömülmüş Li elektron kaybeder ve elektrolite girer. Büyük miktarda Li+, iç bir akım oluşturmak için katoda doğru hareket eder ve kobalt ve oksijenle LiCoO2 oluşturmak için elektrolit aracılığıyla katoda ulaşır.
Elektron kaybetmemiş Li, elektrolitin karşı tarafındaki maddeyle karşılaştığında, kimyasal reaksiyon kontrol edilemez bir şekilde hızlanacak ve yangına veya daha ciddi bir patlamaya neden olacaktır. Katot ve anot arasına, Li+'nın geçmesine izin veren iletken olmayan yarı saydam bir ayırıcı yerleştirmenin bir yolunu buluyoruz. Çünkü grafit ve CoO2 elektronları toplamada veya dağıtmada iyi değildir. Daha iyi iletkenlik için grafitin yanına iletken bir Cu tabakası ve CoO2'nin yanına iletken bir AI tabakası eklenir.
Lipo pilin maksimum enerjisi zamanla neden azalır?
Bunun iki nedeni vardır, birincisi Li+'ın elektrolit içindeki organik çözücülerle reaksiyona girerek katı elektrolit kristalleri (sei bileşikleri) oluşturmasıdır, sei geri dönüşümsüz olarak Li+ ve elektrolit tüketir, böylece Li'yi ve pilin maksimum kapasitesini azaltır. Bir diğer neden ise piliniz tamamen boşaldığında katotta çok fazla Li+ olabilir, bu da geri dönüşümsüz olarak lityum oksit ve kobalt oksit tüketimine neden olur, böylece pilin kullanım ömrünü azaltır. Bu nedenle pil tamamen boşaldıktan sonra şarj edilmesi önerilmez. Kalan güç %30~%40 olduğunda şarj etmeye başlamak en iyisidir.