Lítium-iónové batérie sú typom nabíjateľných batérií, ktoré sa stávajú čoraz obľúbenejšími vďaka ich vysokej hustote energie, nízkej rýchlosti samovybíjania a dlhej životnosti. Fungujú na princípe elektrochemických reakcií medzi anódovými a katódovými materiálmi a lítiovými iónmi, ktoré medzi nimi pendlujú tam a späť.
V lítium-iónovej batérii je anóda zvyčajne vyrobená z grafitu, zatiaľ čo katóda je vyrobená zo zlúčeniny lítia, ako je oxid lítium-kobaltnatý, oxid mangánu lítny aleboLiFePO4. Tieto materiály sa navrstvia na kovové fólie a ponoria sa do roztoku elektrolytu zloženého z lítiových iónov rozpustených v organickom rozpúšťadle.
Keď je batéria nabitá, externý zdroj energie aplikuje napätie cez elektródy, čo spôsobí, že lítiové ióny sa presunú z katódy na anódu, kde sú absorbované do grafitovej štruktúry. Tento proces je známy ako interkalácia.
Počas vybíjania sa uložené lítiové ióny presunú späť ku katóde, kde reagujú so zlúčeninou lítia a vytvárajú tok elektrónov, ktoré možno využiť na napájanie zariadení. Tento tok elektrónov sa vedie cez externý obvod, ako je smartfón alebo prenosný počítač, kým sa zvyšné lítiové ióny nevrátia do anódy, čím sa cyklus dokončí.
Výkon lítium-iónovej batérie závisí od kvality a zloženia materiálov anódy a katódy, ako aj od konštrukcie roztoku elektrolytu. Pokroky v materiálovej vede a inžinierstve umožnili vývoj novších a efektívnejších lítium-iónových batérií s vyššou hustotou energie a rýchlejším nabíjaním.
Vo všeobecnosti sú základné princípy elektrochémie a materiálovej vedy kľúčové pre pochopenie fungovania lítium-iónových batérií a podporu inovácií v tejto oblasti. Keďže zelená energia sa stáva čoraz dôležitejšou, vývoj efektívnych a udržateľných riešení skladovania energie zostane kľúčovou výzvou pre výskumníkov aj inžinierov.