Pin Lithium là gì? Cấu tạo pin Lithium và các ứng dụng hiện nay

Pin Lithium là gì?

Pin Lithium, hay còn gọi là pin Lithi-on hoặc pin Li-on, viết tắt là LIB. Đây là loại pin gồm nhiều tế bào như axit-chì và các loại khác. Pin Li-on sử dụng Lithium và hợp kim Lithium làm vật liệu cho cực âm và dung dịch không dẫn điện.

Loại pin Lithi-on có năng lượng cao hơn nên có thể duy trì năng lượng tốt hơn so với các loại khác. Do đó, pin này được sử dụng rộng rãi trong laptop, điện thoại, máy nghe nhạc, máy ảnh,... Pin Lithium thường có hai loại là pin lithium-ion (có thể sạc lại) và pin lithium metal (không thể sạc lại). Do đó, người dùng cần phân biệt rõ 2 loại này để sử dụng phù hợp.

Lịch sử hình thành và phát triển pin Lithium

Pin Lithi-on được nghiên cứu và công bố bởi M.Stanley Whittingham, một nhà hóa học người Anh. Ông đã phát minh loại pin này trong những năm 1970 khi làm việc tại Exxon.

Với phiên bản pin Lithi-on ban đầu, ông đã sử dụng titan (IV) sulfide kết hợp với kim loại lithium để làm điện cực. Tuy nhiên, pin lithium sạc lại này không đạt được độ an toàn và hiệu quả cao vì:

- Kim loại Lithium là chất phản ứng mạnh, dễ cháy khi tiếp xúc với không khí. - Titan Disulfide là chất oxy hóa mạnh, có thể phản ứng nhanh chóng và tạo ra các hợp chất hydro sulfide có mùi khó chịu.

Pin Lithi-on đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển và cải tiến, sử dụng các hợp kim như LiMn2O4, LiFePO4, LiCoO2, Li2MnO3,... Những hợp chất này đảm bảo độ an toàn cao và giải phóng ion Li hiệu quả.

Pin Lithi-on được công ty Sony Energitech thương mại hóa chính thức vào năm 1991. Đến nay, nghiên cứu về pin Lithi-on không ngừng phát triển để nâng cao độ ổn định, hiệu suất và tuổi thọ.

Cấu tạo của Pin Lithium

Cấu tạo của Pin Lithi-on bao gồm 4 thành phần chính: cực âm, cực dương, chất điện phân, dãy ngăn cách và 2 bộ thu dòng điện:

Cực âm

Cực âm của pin Lithi-on được làm từ than chì và các vật liệu carbon khác để lưu trữ ion Lithium L+ trong tinh thể. Cực âm xác định công suất và điện áp của pin.

Cực dương

Cực dương của pin Lithi-on được làm từ các hợp chất như LiMnO4 và LiCoO2. Cấu trúc phân tử bao gồm nguyên tử Lithium kết hợp với phân tử Oxide Coban. Khi dòng điện chạy qua, nguyên tử Lithium tách ra để tạo thành ion dương Li+ (Lithium). Cực dương cho phép dòng điện chạy qua mạch ngoài. Khi pin Lithi-on được sạc, ion Lithium được lưu trữ tại cực dương.

Chất điện phân

Chất điện phân là chất lỏng được lấp đầy vào hai cực và có màng ngăn ở giữa. Chất này chủ yếu dẫn ion Lithium để kết nối giữa cực âm và cực dương. Chất điện phân được hình thành từ muối, dung môi và các phụ gia.

Dải phân cách

Đây là thành phần giữ cho cực âm và cực dương cách nhau. Dải phân cách này thường được làm từ nhựa PP hoặc nhựa PE.

Dung lượng của pin Lithium là bao nhiêu?

Dung lượng của pin Lithi-on sẽ giảm dần qua các chu kỳ sử dụng. Nghiên cứu đã chứng minh rằng sạc pin Lithi-on thường xuyên sẽ giúp pin hoạt động hiệu quả hơn nhiều so với việc sạc khi pin hết. Do đó, người dùng nên chú ý sạc pin Lithi-on thường xuyên trong quá trình sử dụng.

Dưới đây là một số lưu ý khi sạc pin Lithi-on:

• Chia nhỏ các lần sạc trong quá trình sử dụng.
• Không nên sử dụng pin Lithi-on đến khi hoàn toàn hết rồi mới sạc lại. Nên để lại một phần năng lượng trong pin để bảo vệ tế bào pin.
• Pin Lithi-on hoạt động tốt nhất ở mức pin từ 40% – 50%.
• Khi sạc pin Lithi-on, hạn chế sạc ở nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao.

So sánh pin lithium-ion và pin lithium metal

Như đã đề cập trước đó, Pin Lithi-on bao gồm hai loại là pin lithium-ion và pin lithium metal. Dưới đây là bảng so sánh giữa 2 loại pin này:

Các ứng dụng phổ biến của Pin Lithi-on

Với những đặc điểm nổi bật như đã đề cập, pin Lithi-on được áp dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như sau:

Sử dụng trong các thiết bị điện tử cầm tay

Pin Lithi-on được sử dụng phổ biến trong đèn pin, điện thoại, máy trợ thính, máy nghe nhạc, đồng hồ đeo tay,... Mặc dù pin Lithi-on có giá cao hơn so với các loại pin thông thường, nhưng tuổi thọ sử dụng của nó cao. Điều này giúp giảm thiểu việc thay pin thường xuyên cho các thiết bị.

Ứng dụng cho máy tính

Các loại pin hiện nay được sử dụng chủ yếu cho máy tính xách tay là pin Lithi-on. Với trọng lượng nhẹ, tuổi thọ dài, khả năng sạc nhanh và không gây nóng máy khi sử dụng và sạc, pin này giúp người dùng không bị gián đoạn trong công việc. Đồng thời, việc di chuyển máy tính của người dùng cũng trở nên linh hoạt và thuận tiện hơn.

Ứng dụng cho xe máy

Ắc quy Lithi-on được sử dụng phổ biến trong xe máy điện, xe đạp điện,... Nó được đánh giá cao về khả năng lưu trữ năng lượng tốt và cung cấp điện hiệu quả. Tuy nhiên, pin này chưa phổ biến do giá thành khá cao. Trên tương lai, pin Lithium 12V được kỳ vọng sẽ thay thế cho ắc quy truyền thống.

Ứng dụng cho xe ô tô

Pin Lithi-on được áp dụng trong động cơ đốt trong của các loại xe ô tô, đặc biệt là trong xe điện. Các loại xe chở khách du lịch và xe chạy trong sân golf thường sử dụng pin Lithi-on.

Ứng dụng cho xe tải, xe nâng

Pin Lithi-on cũng được áp dụng cho xe tải, xe nâng,… Mặc dù giá pin Lithi-on cao hơn so với pin ướt nhưng chúng mang lại nhiều lợi ích. Pin Lithi-on không cần thêm nước hay bảo dưỡng nhiều mà vẫn có khả năng sạc nhanh và tự động ngắt điện khi sạc đầy.

Ứng dụng cho viễn thông

Pin Lithi-on được áp dụng rộng rãi trong viễn thông vì nó duy trì dòng điện ổn định trong thời gian dài. Pin Lithi-on thường được sử dụng trong các thiết bị như Inverter, máy fax, bộ lưu điện,...

Ứng dụng trong lĩnh vực y tế

Trong lĩnh vực y tế, pin Lithi-on được sử dụng trong mô cấy y khoa hoặc các thiết bị đeo điện tử.

Lưu ý khi sử dụng Pin Lithium để kéo dài tuổi thọ pin

Pin Lithium được đánh giá có độ bền và tuổi thọ cao, có thể lên đến 5 năm nếu sạc và sử dụng đúng cách. Dưới đây là hướng dẫn sạc pin Lithi-on an toàn và hiệu quả:

• Để lưu trữ pin trong thời gian dài, hãy đảm bảo pin đang ở mức khoảng 50% dung lượng để bảo vệ pin khỏi bị sạc hoặc xả quá mức.
• Luôn sử dụng bộ sạc phù hợp với loại pin cụ thể và công suất đã chỉ định. Sử dụng bộ sạc không đúng có thể gây hỏng pin hoặc nguy cơ khác.
• Nếu phát hiện mùi khét, nhiệt độ tăng cao, hoặc thấy pin biến dạng, ngay lập tức ngắt kết nối và ngừng sử dụng. Đưa pin đến trung tâm bảo dưỡng hoặc đơn vị mua để kiểm tra và thay thế nếu cần.

• Không để pin kết nối với bộ sạc sau khi đã sạc đầy để tránh sạc quá mức.
• Để giảm nguy cơ cháy nổ, lưu trữ pin Lithium trong hộp đựng chuyên dụng chống cháy nổ.
• Tránh sạc các cell pin có tuổi thọ và trạng thái sạc khác nhau cùng một lúc để tránh mất cân bằng trong pin.
• Trước khi sạc, kiểm tra điện áp của từng cell pin và đảm bảo chúng không chênh lệch quá 0,5V.
• Không sạc quá mức (cao hơn 4,2V đối với hầu hết loại pin Lithi-on) hoặc xả quá mức (dưới 3V).

Pin Lithi-on là công nghệ tiên tiến. Việc hiểu và tuân thủ hướng dẫn về cách sạc và sử dụng an toàn sẽ giúp bạn tận hưởng các lợi ích mà không gặp các vấn đề rủi ro.

Tạm kết

Bài viết trên đã chia sẻ thông tin về Pin Lithium cho mọi người tìm hiểu. Loại pin này được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cuộc sống. Trong tương lai, pin này có thể hỗ trợ con người nhiều hơn và góp phần làm cho môi trường sống trong lành hơn.