Некоторое время назад мы говорили о том, как устроена простая батарейка. Вспоминали, как в ней окисляется цинк и восстанавливается марганец из оксида. От этих процессов зависит работоспособность батареи, а их необратимость батарею губит.
В самом деле, когда большая часть цинка окислится, а марганца соответственно восстановится, то никакого электричества (а вместе с ним и кина) больше не будет. Как бы эту несправедливость преодолеть?
А надо сделать батарейку перезаряжаемой! Для этого нужно найти такие химические процессы, которые проходили бы в одном направлении, когда батарейка расходует заряд, и в противоположном, когда подзаряжается сама от сети.
Тут на сцену и выходят литий-ионные аккумуляторы. Суть такова: берём два электрода. В качестве анода можем взять графит, допированный литием, а в качестве катода – тоже что-то литий-содержащее, например кобальтат лития LiCoO₂. Оба наших электрода способны этот литий испускать и принимать обратно.
Когда мы замыкаем на батарейке цепь, то в неё (цепь) с анода утекают электроны. Благодаря этому светит фонарик или греет нагреватель. При этом анод остаётся отрицательным электродом, а катод, куда электроны в конечном счёте приходят, – положительным.
Разность потенциалов между анодом и катодом оказывается достаточной движущей силой для того, чтобы запустить самый главный процесс – миграцию ионов лития от одного электрода к другому через электролит.
Углерод, допированный литием, начинает испускать Li⁺, таким образом компенсируя свой отрицательный заряд от потери электронов. Кобальтат, напротив, этот Li⁺ принимает и «гасит» избыток отрицательного заряда от поступивших электронов.
Когда батарейка разрядилась полностью, мы можем подключить её ко внешней сети и пропустить через неё ток в обратном направлении. Тогда мы искусственно создадим ситуацию, при которой на аноде-графите снова скопится отрицательный заряд, а на катоде-кобальтате – положительный, и это побудит Li⁺ повторить своё паломничество, но в обратном направлении.
Количество раз, которое электроды могут сыграть между собой в такой вот пинг-понг, и является запасом батареи по циклам зарядки-разрядки.