Pin lithium ngày nay phổ biến hơn bao giờ hết. Bạn sẽ thấy chúng trong điện thoại di động, máy tính xách tay, dụng cụ cầm tay không dây và thậm chí cả xe điện. Tuy nhiên, chỉ vì tất cả các thiết bị điện tử này sử dụng pin lithium không có nghĩa là chúng sử dụng cùng loại pin lithium. Chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn về ưu điểm và nhược điểm của sáu loại pin lithium chính, cũng như ứng dụng tốt nhất cho mỗi loại.
Pin lithium là gì?
Pin lithium dựa vào ion lithium để lưu trữ năng lượng bằng cách tạo ra một khác biệt tiềm năng điện giữa các cực âm và cực dương của pin. Một lớp cách nhiệt gọi là “bộ phận tách” chia hai mặt của pin và ngăn các electron trong khi vẫn cho phép ion lithium đi qua.
Trong giai đoạn sạc, ion lithium di chuyển từ phía cực dương của pin sang phía cực âm thông qua bộ phận tách. Trong khi bạn xả pin, các ion di chuyển theo hướng ngược lại.
Sự di chuyển của ion lithium này gây ra sự chênh lệch điện thế đã được đề cập trước đó. Sự chênh lệch điện thế này được gọi là “điện áp.” Khi bạn kết nối thiết bị điện tử của mình với pin lithium, các electron bị ngăn chặn bởi bộ phận tách buộc phải đi qua thiết bị của bạn và cung cấp năng lượng cho nó.
Có 6 loại pin lithium chính là gì?
Các loại pin lithium khác nhau dựa vào các chất hoạt động và phản ứng hóa học độc đáo để lưu trữ năng lượng. Mỗi loại pin lithium có những ưu điểm và nhược điểm riêng, cùng với các ứng dụng phù hợp nhất của nó.
Các loại pin lithium khác nhau được đặt tên theo các chất và vật liệu hoạt động của chúng. Ví dụ, loại đầu tiên chúng ta sẽ xem xét là pin lithium sắt phosphate, còn được gọi là LiFePO4, dựa trên các ký hiệu hóa học cho các chất hoạt động. Tuy nhiên, nhiều người rút ngắn tên gọi này thành LFP.
#1. Liti sắt phosphate
Pin lithium sắt phosphate (LFP) sử dụng phosphate làm vật liệu cathode và điện cực cacbon graphitic làm vật liệu anode. Pin LFP có tuổi thọ cao với tính ổn định nhiệt và hiệu suất điện hóa tốt.
Được sử dụng cho những gì:
Các viên pin LFP có điện áp danh định là 3.2 volt, vì vậy kết nối bốn viên pin này theo dây nối tuần tự sẽ tạo thành một pin 12.8 volt. Điều này khiến pin LFP trở thành loại pin lithium phổ biến nhất để thay thế pin chì axit sâu.
Những lợi ích:
Có khá nhiều lợi ích của pin lithium sắt phốtphat khiến chúng trở thành một trong những lựa chọn phổ biến nhất cho các ứng dụng yêu cầu lượng điện lớn. Tuy nhiên, những lợi ích chính nhất là độ bền, tuổi thọ cao và an toàn.
Pin LFP thường có mức đánh giá vòng đời là 2.000 chu kỳ trở lên. Khác với pin axit chì, độ sâu xả không ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ của pin LFP. Hầu hết các nhà sản xuất pin LFP đánh giá pin của họ ở mức 80% độ sâu xả, và một số thậm chí cho phép xả 100% mà không gây hư hỏng cho pin.
Các vật liệu được sử dụng trong pin lithium sắt phốtphat cung cấp kháng điện thấp, khiến chúng inherently an toàn và rất ổn định. Ngưỡng nhiệt tự lan tràn khoảng 518 độ Fahrenheit, khiến pin LFP trở thành một trong những lựa chọn pin lithium an toàn nhất, ngay cả khi được sạc đầy.
Nhược điểm:
Có một số nhược điểm của pin LFP. Đầu tiên là so với các loại pin lithium khác, chúng có năng lượng cụ thể tương đối thấp. Hiệu suất của chúng cũng có thể bị ảnh hưởng trong điều kiện nhiệt độ thấp. Kết hợp năng lượng cụ thể thấp và hiệu suất giảm trong điều kiện lạnh có nghĩa là pin LFP có thể không phù hợp trong một số ứng dụng đòi hỏi công suất cao.
#2. Liti Coban Oxit
Pin oxit coban lithium (LCO) có năng lượng cụ thể cao nhưng công suất cụ thể thấp. Điều này có nghĩa là chúng không hoạt động tốt trong các ứng dụng tải cao, nhưng chúng có thể cung cấp công suất trong một khoảng thời gian dài.
Chúng được sử dụng cho mục đích gì:
Pin LCO thường được sử dụng trong các thiết bị di động nhỏ như điện thoại di động, máy tính bảng, laptop và máy ảnh. Tuy nhiên, chúng đang mất đi sự phổ biến trước các loại pin lithium khác do chi phí cao của cobalt và những lo ngại về an toàn.
Lợi ích:
Lợi ích chính của pin LCO là năng lượng cụ thể cao. Điều này cho phép chúng cung cấp công suất trong một khoảng thời gian tương đối dài dưới các ứng dụng tải nhẹ.
Nhược điểm:
Pin LCO có một số nhược điểm đáng kể khiến chúng trở nên ít phổ biến trong những năm gần đây. Đầu tiên, pin LCO có tuổi thọ tương đối ngắn, thường chỉ từ 500-1.000 chu kỳ. Ngoài ra, cobalt khá đắt. Những viên pin đắt tiền mà không kéo dài được thời gian sử dụng không hiệu quả về chi phí.
Pin LCO cũng có tính ổn định nhiệt thấp, dẫn đến những lo ngại về an toàn. Hơn nữa, công suất cụ thể thấp của pin LCO hạn chế khả năng hoạt động trong các ứng dụng tải cao.
#3. Oxit mangan liti
Pin Oxit Lithium Mangan (LMO) sử dụng oxit lithium mangan làm vật liệu catôt. Hóa chất này tạo ra một cấu trúc ba chiều cải thiện dòng ion, giảm điện trở nội, tăng khả năng xử lý dòng điện và cải thiện tính ổn định nhiệt và an toàn.
Công dụng:
Pin LMO thường được sử dụng trong các công cụ cầm tay, thiết bị y tế và một số xe hơi hybrid và điện.
Lợi ích:
Pin LMO sạc nhanh và có công suất cụ thể cao. Điều này có nghĩa là chúng có thể cung cấp dòng điện cao hơn so với pin LCO, ví dụ như. Chúng cũng cung cấp tính ổn định nhiệt tốt hơn so với pin LCO, có nghĩa là chúng có thể hoạt động an toàn ở nhiệt độ cao hơn.
Một lợi ích khác của pin LMO là tính linh hoạt của chúng. Tinh chỉnh hóa học bên trong cho phép pin LMO được tối ưu hóa để xử lý các ứng dụng tải cao hoặc ứng dụng tuổi thọ lâu.
Nhược điểm:
Nhược điểm chính của pin LMO là tuổi thọ ngắn. Thông thường, pin LMO sẽ kéo dài từ 300-700 chu kỳ sạc, ít hơn đáng kể so với các loại pin lithium khác.
#4. Lithium Niken Mangan Cobalt Oxit
Pin lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC) kết hợp lợi ích của ba nguyên tố chính được sử dụng trong cực âm: nickel, manganese và cobalt. Nickel một mình có năng lượng cụ thể cao nhưng không ổn định. Manganese rất ổn định nhưng có năng lượng cụ thể thấp. Kết hợp chúng tạo ra một hóa học ổn định với năng lượng cụ thể cao.
Công dụng:
Tương tự như pin LMO, pin NMC phổ biến trong các công cụ điện và các hệ truyền động điện tử cho xe đạp điện, xe máy điện và một số xe điện.
Lợi ích:
Các lợi ích của pin NMC bao gồm mật độ năng lượng cao và tuổi thọ lâu hơn với chi phí thấp hơn so với pin dựa trên cobalt. Chúng cũng có độ ổn định nhiệt cao hơn so với pin LCO, làm cho chúng an toàn hơn tổng thể.
Nhược điểm:
Nhược điểm chính của pin NMC là chúng có điện áp thấp hơn một chút so với pin dựa trên cobalt.
>> Pin Lithium cho xe đạp điện – xe máy điện
#5. Oxit nhôm niken cobalt lithium
Pin oxit nhôm niken cobalt lithium (NCA) cung cấp năng lượng cụ thể cao với công suất cụ thể tốt và tuổi thọ dài. Điều này có nghĩa là chúng có thể cung cấp một lượng dòng tương đối cao trong thời gian kéo dài.
Công dụng:
Khả năng hoạt động trong các ứng dụng tải cao với tuổi thọ pin lâu làm cho pin NCA trở nên phổ biến trên thị trường xe điện. Cụ thể, NCA là loại pin được lựa chọn cho Tesla.
Lợi ích:
Những lợi ích lớn nhất của pin NCA là năng lượng cao và tuổi thọ tốt.
Nhược điểm:
Với công nghệ NCA, pin không an toàn như hầu hết các công nghệ lithium khác và đắt hơn so với chúng.
#6. Lithium Titanate
Tất cả các loại pin lithium trước đây chúng ta đã thảo luận đều có đặc điểm riêng trong cấu trúc hóa học của vật liệu catôt. Pin lithium titanate (LTO) thay thế than chì trong anốt bằng lithium titanate và sử dụng LMO hoặc NMC làm hóa chất catôt.
Kết quả là một loại pin cực kỳ an toàn với tuổi thọ lâu hơn và thời gian sạc nhanh hơn so với bất kỳ loại pin lithium nào khác.
Công dụng của chúng:
Rất nhiều ứng dụng sử dụng pin LTO. Xe điện và trạm sạc, nguồn cung cấp điện không gián đoạn, lưu trữ năng lượng gió và năng lượng mặt trời, đèn đường năng lượng mặt trời, hệ thống viễn thông và thiết bị hàng không vũ trụ và quân sự chỉ là một số trong số các trường hợp sử dụng.
Lợi ích:
Pin LTO mang lại nhiều lợi ích, bao gồm sạc nhanh, nhiệt độ hoạt động rộng, tuổi thọ lâu và an toàn tuyệt vời nhờ tính ổn định của nó.
Nhược điểm:
Có một số khó khăn đáng kể mà pin LTO cần vượt qua. Chúng cung cấp mật độ năng lượng thấp, có nghĩa là lưu trữ một lượng năng lượng thấp so với trọng lượng của nó so với một số công nghệ lithium khác. Ngoài ra, chúng rất đắt tiền.
Tất cả các loại pin đều sử dụng lithium không?
Không, không phải tất cả các loại pin đều sử dụng lithium. Pin lithium là một công nghệ mới và ngày càng phổ biến trong việc thay thế các công nghệ pin hiện có.
Một trong những tiêu chuẩn lâu đời trong ngành pin, đặc biệt là trong xe máy, là pin chì-acid deep-cycle. Lithium đã nhanh chóng chiếm được thị trường này trong những năm gần đây, nhưng pin chì-acid vẫn là lựa chọn chính trong các xe máy chạy bằng xăng do chi phí ban đầu thấp.
Ngoài ra, các loại pin thông dụng nhất được bán tại cửa hàng là pin kiềm. Hầu hết các pin AA và AAA được sử dụng ngày nay là pin kiềm sử dụng kẽm và mangan dioxit cho phản ứng hóa học để lưu trữ năng lượng.
Trước khi pin lithium có khả năng sạc lại trở nên phổ biến, hầu hết các loại pin có khả năng sạc lại là pin nickel-cadmium (NiCad). Pin NiCad sử dụng nickel oxide hydroxide và cadmium kim loại làm vật liệu điện cực. Mặc dù chưa hoàn toàn lỗi thời, pin NiCad đang trở nên ít phổ biến hơn khi pin lithium chiếm lĩnh thị trường pin có khả năng sạc lại.
Loại pin lithium nào phổ biến nhất?
Pin lithium cobalt oxide (LCO) được sử dụng trong điện thoại di động, laptop, máy tính bảng, máy ảnh kỹ thuật số và nhiều thiết bị tiêu dùng khác. Không có gì ngạc nhiên khi chúng là loại pin lithium phổ biến nhất.
Chọn đúng loại pin lithium cho công việc của bạn.
Như bạn có thể thấy, có nhiều loại pin lithium khác nhau. Mỗi loại có ưu điểm và nhược điểm riêng và được sử dụng trong các ứng dụng cụ thể khác nhau mà chúng vượt trội. Ứng dụng của bạn, ngân sách, sự chịu đựng về an toàn và yêu cầu về công suất sẽ xác định loại pin lithium nào phù hợp nhất cho bạn.
