Pin Lithium-ion được tìm thấy trong hầu hết mọi thiết bị điện tử cầm tay. Chúng có trong điện thoại thông minh, máy tính xách tay và thậm chí trong ô tô của chúng ta. Trên thực tế, pin là một trong những chìa khóa để thực hiện một tương lai 100% năng lượng tái tạo. Năm 2018, có hơn năm triệu ô tô điện chạy trên đường, bao gồm cả loại xe hybrid và ô tô điện chạy hoàn toàn bằng pin. Và sự ưa chuộng của chúng chỉ có thể tiếp tục phát triển mà thôi. Vì pin ngày càng cung cấp năng lượng cho cuộc sống của chúng ta, tại sao chúng ta không khám phá cách hoạt động chính xác của pin, và điều gì khiến pin lithium-ion trở nên đặc biệt? Bây giờ, có rất nhiều pin ngoài kia, làm bằng các vật liệu khác nhau, với các hình dạng khác nhau và với các khả năng sạc khác nhau. Nhưng ở cấp độ cơ bản nhất, pin được cấu tạo từ các pin điện hóa. Và các vật liệu tạo nên một pin điện hóa có thể tạo ra cực dương và cực âm mà bạn thấy ở một trong hai đầu của các viên pin. Bên trong một pin điện hóa, có một số phần chính giúp pin tạo ra điện. Hai điện cực, là vật liệu mà làm cho 2 đầu viên pin trở thành cực dương và cực âm. Cực âm được gọi là anode, và cực dương được gọi là cathode. Bộ phận ở giữa cực âm và cực dương được gọi là chất điện phân. Và điều này rất quan trọng, bởi vì nó là thứ cho phép các ion tích điện chạy giữa hai điện cực. Chất điện phân có thể là chất lỏng hoặc chất rắn hoặc bất kỳ vật liệu nào giúp phản ứng hóa học diễn ra suôn sẻ. Và cuối cùng, có một lớp bán thấm giữ tất cả mọi thứ riêng biệt với nhau vì vậy mà có thể kiểm soát được phản ứng. Bây giờ, nếu chúng ta muốn cung cấp năng lượng, chẳng hạn như một chiếc đèn pin, bạn sẽ thêm một mạch điện bên ngoài và kết nối các cực của pin với đèn. Khi chúng ta bắt đầu cung cấp điện cho mạch điện này, phản ứng hoá học sẽ xảy ra giữa cực âm và chất điện phân. Việc này sẽ giải phóng các electron sẽ chạy qua mạch điện và ngừng lại ở cực dương. Cùng thời điểm, chất điện phân sẽ giúp các ion mà còn ở lại anode chảy qua rào cản bán thấm và gặp các electron ở cực cathode. Toàn bộ quá trình này được gọi là phản ứng oxi-hoá khử.Sự Oxi hoá là nơi mà vật liệu bị mất electron và sự khử là nơi mà nhận electron. Bây giờ, khi chúng ta nói về hiệu suất pin, chúng ta phải xem xét cả mật độ công suất và mật độ năng lượng. Và một ví dụ điển hình để làm nổi bật sự khác biệt giữa mật độ công suất và mật độ năng lượng, đó là so sánh một cái cốc với một cái bình lớn có một nút thắt cổ chai hẹp. Nếu nước của bạn tượng trưng cho năng lượng, và bạn đổ đầy nước vào cả hai bình, bạn thấy rằng bình lớn có khả năng lưu trữ năng lượng tổng thể lớn hơn. Đơn giản là nó có thể chứa nhiều nước hoặc năng lượng hơn. Nhưng nếu chúng ta đổ nước đó đi, thì rõ ràng là nước hoặc năng lượng tích trữ đó ra khỏi cốc (không phải cái bình) với tốc độ nhanh hơn nhiều.Vì vậy, Mật độ năng lượng được xác định như là có bao nhiêu năng lượng trong một khối lượng nhất định. Vì vậy, nếu thứ gì đó có mật độ năng lượng cao, nó có nghĩa là nó có thể lưu trữ rất nhiều năng lượng với một lượng nhỏ khối lượng. Mặt khác, Mật độ công suất được định nghĩa là có chứa được sức mạnh – công suất bao nhiêu trong một khối lượng đã cho. nó có thể tạo ra một lượng lớn năng lượng trong một khoảng thời gian ngắn. Vì vậy, nếu bạn có một thiết bị có mật độ năng lượng cao và mật độ năng lượng thấp điều đó có nghĩa là thiết bị có thể lưu trữ nhiều năng lượng và không sử dụng hết nhanh chóng. Một ví dụ điển hình về điều này là điện thoại của chính bạn. Nó thực sự có một bộ pin nhỏ nhưng lại có thể chạy được rất lâu. Bạn sẽ thấy rằng hầu hết các điện thoại ngày nay sử dụng pin lithium-ion. Vì vậy, trong trường hợp pin lithium, cả cực dương và cực âm đều được làm bằng vật liệu mà có thể tăng cường khả năng hấp thụ các ion liti. Điều này có nghĩa là các ion được giữ bên trong cơ cấu của vật liệu đó và họ không thể rời khỏi.
Trong hầu hết các trường hợp, cực dương được làm bằng than chì, để lưu trữ các ion liti dương, trong khi cực âm thường được làm bằng LiCoO2 cũng có cấu trúc khá có lợi về việc lưu trữ các ion lithium. Những vật liệu nâng cao này là chìa khóa cho một vài lý do khác nhau. Nó có nghĩa là pin có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong khi vẫn nhỏ, và đó là mật độ năng lượng. Và điều này cũng có nghĩa là pin có thể sạc lại được. Khi chúng ta muốn sử dụng pin lithium-ion, nó hoạt động tương tự như các loại pin khác của chúng ta. Khi pin được sử dụng những electron đó được giải phóng khỏi anode và chúng xáo trộn qua mạch ngoài tới cực cathode. Và ở đó, chúng sẽ được hấp thụ và ở lại cho đến khi thiết bị mà sử dụng pin đó được cắm điện vào và bắt đầu chu trình sạc. Ngoài ra, tùy thuộc vào mật độ năng lượng bạn cần, cực âm có thể được tạo ra với các oxit kim loại khác nhau cho các ứng dụng khác nhau. Ví dụ, LiCoO2 là thứ được sử dụng trong điện thoại của chúng ta, trong khi đó, xe của Tesla sử dụng Lithium Nickel-Cobalt-Aluminum Oxide (NCA). Vì vậy, bạn có thể đã biết rằng ô tô điện sử dụng pin lithium-ion, nhưng có thể bạn không biết rằng xe Tesla đã sử dụng một loại pin lithium-ion khác và đó có thể là bí mật mà Tesla chưa tiết lộ. Nhưng pin lithium-ion cũng có mặt trái của chúng. Chúng không siêu mạnh, và khá đắt tiền, vật liệu chúng được làm từ không bền vững, và chất điện phân của chúng có thể dễ cháy, làm cho sản phẩm có khả năng gây nguy hiểm. Vì vậy, rõ ràng cần có những cải tiến được thực hiện.
