Pin Lithium là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động trên dòng máy Apple như thế nào?

Hoàng Long

1 năm trước

Pin Lithium là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động trên dòng máy Apple như thế nào?

5/5 - (1 bình chọn)

Một trong những loại pin đạt công nghệ tiên tiến, được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử hiện đại như máy tính xách tay, điện thoại thông minh, máy tính bảng,…đó là Pin Lithium, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các loại pin khác. Đây cũng là lý do tại sao nhiều hãng công nghệ hàng đầu thế giới, trong đó có Apple, đã chọn Lithium làm nguồn năng lượng cho các sản phẩm của mình như MacBook, iPhone, iPad,… Vậy Lithium là gì và tại sao loại pin này lại được ưa chuộng đến vậy?

Nội dung bài viết

1. Pin Lithium (pin Lithium-ion) là gì?
2. Xuất xứ của pin Lithium
3. Cấu tạo cơ bản của pin Lithium-ion
4. Nguyên tắc hoạt động cơ bản của pin Lithium-ion
5. Quy trình sạc và xả điện
6. Một số lưu ý về nhiệt độ hoạt động của pin Lithium-ion
7. Ưu điểm vượt trội của pin Lithium-ion là gì?
8. Các sản phẩm nào của Apple sử dụng pin Lithium-ion?
9. Các nguyên tắc hữu ích để tăng tuổi thọ của pin Lithium-ion
10. So sánh pin Lithium-ion và pin Li-po: Khác biệt ở đâu?
11. Kết luận

1. Pin Lithium (pin Lithium-ion) là gì?

Pin Lithium (Lithium-ion) là gì? Đây là một câu hỏi mà nhiều người quan tâm khi sử dụng các thiết bị điện tử như điện thoại, máy tính xách tay hay xe máy điện. Pin Lithium-ion là loại pin có cấu tạo bao gồm chất điện phân, cực âm và cực dương.

Lithium hay Lithium-ion là loại pin được nhiều giới công nghệ quan tâm

Chất điện phân là môi trường cho các ion Lithium di chuyển giữa hai cực và tạo ra dòng điện. Ưu điểm của Lithium-ion là có khả năng lưu trữ năng lượng cao, độ bền lâu và ít bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng.

2. Xuất xứ của pin Lithium

Pin Lithium là một loại pin có khả năng sạc được, được phát triển từ những năm 1970 bởi M.Stanley Whittingham – một nhà hóa học người Anh và cũng là người đầu tiên nghiên cứu về Pin Lithium khi làm việc cho Exxon vào năm 1970.

Trong thời gian nghiên cứu ban đầu, ông đã dùng Titan Sulfua và kim loại Lithi để tạo ra các điện cực cho pin. Tuy nhiên, Pin Lithium của ông chưa thể áp dụng vào thực tế do có nguy cơ cháy nổ.

Sau đó, vào năm 1980, John Goodenough – một giáo sư vật lý Mỹ đã cải tiến pin Lithium bằng cách dùng Lithium Coban Oxit làm vật liệu cho điện cực âm. Pin này hoạt động nhờ các Ion Li+ di chuyển từ điện cực âm sang điện cực dương.

Cuối cùng, vào năm 1983, Akira Yoshino – một giáo sư người Nhật Bản, đã chế tạo ra một loại Pin Lithium có thể sạc được. Pin này dùng Lithium Cobalt Oxit làm điện cực âm và Polyacetylene làm điện cực dương.

3 nhà phát minh và cải tiến cho dòng Pin Lithium

Điểm khác biệt của pin này là không có Liti ở điện cực dương mà chỉ có các Ion Li+ di chuyển qua lại giữa hai điện cực. Đây chính là nguyên mẫu của Pin Lithium-ion hiện đại được Sony Energytec đưa vào thị trường vào năm 1991.

Hiện nay, Lithium-ion đã trở thành loại pin phổ biến nhất cho các thiết bị di động và lưu trữ UPS trên toàn thế giới.

3. Cấu tạo cơ bản của pin Lithium-ion

Để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của Lithium-ion, chúng ta cần biết về cấu tạo bên trong của linh kiện này. Pin Lithium-ion có thể thiết kế theo nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, nhưng bản chất thì đều gồm 4 bộ phận chính sau:

3.1. Bộ phận dương (Cathode)

Một trong những bộ phận quan trọng nhất của Lithium là điện cực dương. Điện cực dương được làm từ hai loại vật liệu chính là LicoO2 và LiMnO4. Chúng có cấu trúc phân tử gồm các phân tử Oxide Coban kết hợp với các nguyên tử Lithium.

Bộ phận dương – Cathode của Lithium-ion

Khi Pin Lithium hoạt động, các nguyên tử Lithium sẽ bị tách khỏi cấu trúc phân tử và chuyển thành ion dương Li+. Sau đó, Ion dương Li+ sẽ di chuyển qua điện cực âm và tạo ra dòng điện.

3.2. Bộ phận âm (Anode)

Bộ phận âm (Anode) là một thành phần quan trọng của PinLithium được làm từ Than chì kết hợp với các loại Carbon khác nhau. Anode có nhiệm vụ giữ lại các ion Lithium L+ trong cấu trúc tinh thể. Sau đó, các ion Lithium L+ này sẽ di chuyển từ bộ phận âm sang bộ phận dương khi pin hoạt động và ngược lại khi pin sạc.

3.3. Chất điện giải

Tiếp theo là Chất điện giải, có vai trò truyền tải ion Li từ cực âm sang cực dương và ngược lại khi pin sạc và xả. Chất điện giải thường là một dung dịch hỗn hợp gồm LiPF6 và các dung môi hữu cơ khác nhau. Thêm vào đó, chất điện giải phải đảm bảo độ ổn định cao, không bị phân hủy hay bị oxi hóa khi tiếp xúc với hai cực của pin.

Cấu tạo hoạt động của Chất điện giải

3.4. Bộ phận cách ly

Cuối cùng là Bộ phận cách ly, có chức năng ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa cực âm và cực dương. Bộ phận cách ly được làm từ chất liệu nhựa PE hoặc PP, có độ bền cao và khả năng chịu nhiệt tốt.

Bên cạnh đó, bộ phận cách ly còn có nhiều lỗ nhỏ, cho phép các ion Li+ di chuyển qua lại giữa hai cực và không để xảy ra hiện tượng ngắn mạch. Nhờ bộ phận cách ly mà pin Lithium có thể hoạt động ổn định và an toàn hơn.

4. Nguyên tắc hoạt động cơ bản của pin Lithium-ion

Cấu tạo của Lithium-ion bao gồm hai điện cực âm và dương, được phân cách bởi một chất điện phân. Trong quá trình xả, các ion lithium (Li+) sẽ di chuyển từ điện cực âm sang điện cực dương, tạo ra dòng điện để cấp cho các thiết bị. Khi pin xả hết, số lượng ion lithium ở điện cực âm sẽ giảm, trong khi số lượng ion lithium ở điện cực dương sẽ tăng.

Khi ta sạc lại pin, quá trình ngược lại sẽ xảy ra, các ion lithium sẽ di chuyển từ điện cực dương về điện cực âm, bù đắp cho sự thiếu hụt trong quá trình xả. Khi pin đầy, số lượng ion lithium ở hai điện cực sẽ bằng nhau.

Điểm vượt trội của Lithium-ion là mật độ năng lượng cao, tức là có thể chứa nhiều năng lượng trong một khối lượng nhỏ. Ngoài ra, pin Lithium-ion còn có thời gian sạc nhanh và tuổi thọ cao, có thể sạc xả nhiều lần mà không bị hao mòn nhiều.

Nguyên lý hoạt động của pin Lithium-ion

Tuy nhiên, Lithium-ion cũng có nhược điểm là không thể sử dụng lithium thuần làm điện cực, gây nguy hiểm khi tiếp xúc với không khí hoặc nước. Do đó, các nhà sản xuất phải sử dụng các hợp chất của lithium để làm điện cực nhưng vẫn bị ảnh hưởng đến hiệu suất của pin nếu như bị tác động.

Đồng thời, mật độ năng lượng của pin phụ thuộc vào số lượng ion lithium và electron có thể di chuyển trên mỗi đơn vị diện tích của điện cực.

5. Quy trình sạc và xả điện

Khi sạc pin Lithium-ion, bộ sạc sẽ cung cấp một dòng điện không đổi cho pin. Dòng điện này sẽ làm tăng điện thế của pin dần dần cho đến khi đạt mức tối đa của pin. Đây được gọi là chế độ dòng điện không đổi.

Sau khi pin đạt điện thế tối đa, bộ sạc sẽ giảm dần dòng điện cho pin. Đồng thời, bộ sạc sẽ điều chỉnh để mỗi tế bào pin có cùng một điện thế. Và đây được gọi là chế độ cân bằng.

Quy trình sạc và xả điện của Lithium-ion

Tùy vào thiết kế của phụ kiện bộ sạc, quá trình cân bằng có thể được thực hiện bằng cách sạc từng tế bào pin riêng biệt hoặc bằng cách ngắt kết nối dòng điện theo chu kỳ. Mục tiêu là để tối ưu hóa hiệu suất và thời gian sạc của pin.

Khi xả pin Lithium-ion, pin sẽ cung cấp một điện thế bằng với tổng điện thế của các tế bào pin nối tiếp. Điện thế này sẽ giảm dần theo thời gian cho đến khi pin hết năng lượng và nếu xả quá mức cho phép, pin có thể bị hư hỏng hoặc phát nổ bất cứ lúc nào.

6. Một số lưu ý về nhiệt độ hoạt động của pin Lithium-ion

Nhiệt độ sạc của Lithium-ion có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ và hiệu năng của pin. Khi sạc ở nhiệt độ quá cao, pin sẽ bị hao mòn nhanh hơn. Cho nên, nhiệt độ sạc lý tưởng cho pin là từ 4 đến 45 độ, khi đó pin sẽ được sạc nhanh và hiệu quả nhất.

Nếu sạc ở nhiệt độ thấp hơn, từ 0 đến 5 độ, thì pin vẫn có thể được sạc nhưng dòng điện sẽ bị suy giảm. Trong quá trình sạc, nhiệt độ pin cũng sẽ tăng lên do điện trở của pin và làm giảm khả năng hoạt động của pin. Khi nhiệt độ vượt quá 45 độ, pin sẽ bị chai hỏng nghiêm trọng.

Pin iPhone bị hư hỏng do nhiệt độ quá 45 độ

Sạc pin Lithium ở nhiệt độ âm là không khuyến khích, vì điều này sẽ gây hại cho cấu trúc của pin. Khi nhiệt độ quá thấp, ion Lithi không thể phản ứng tốt với các vật liệu điện cực.

Ion Lithi sẽ bám trên bề mặt điện cực, chứ không thể xâm nhập vào bên trong và làm giảm dung lượng cũng như tính an toàn của pin. Do đó, hầu hết các loại pin đều chỉ hoạt động tốt trong khoảng nhiệt độ từ 0 đến 45 độ.

7. Ưu điểm vượt trội của pin Lithium-ion là gì?

Với Lithium-ion, người dùng khi thay pin iPhone sẽ có được ưu điểm như sau:

Dung lượng cao: Pin Lithium-ion có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn các loại pin truyền thống, giúp thiết bị có thể hoạt động được nhiều giờ liên tục.
Tuổi thọ dài: Lithium-ion có khả năng chống chai pin tốt hơn các loại pin khác, giúp giảm thiểu việc phải thay pin mới và tiết kiệm chi phí.
Thời gian sạc ngắn: Lithium-ion có thể sạc đầy nhanh chóng hơn các loại pin khác, giúp tiết kiệm thời gian chờ đợi và tăng hiệu quả sử dụng.
Không tự xả: Lithium-ion không tự động xả khi không dùng đến, giúp duy trì năng lượng và kéo dài tuổi thọ pin.
Nhỏ gọn và nhẹ: Lithium-ion có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn các loại pin khác. (Giúp tạo ra những thiết bị điện tử mỏng và nhẹ hơn).

Pin Lithium-ion giúp người dùng có thêm dung lượng sử dụng

8. Các sản phẩm nào của Apple sử dụng pin Lithium-ion?

Các dòng sản phẩm của Apple đang sử dụng loại pin Lithium-ion, bao gồm:

iPhone – Từ dòng iPhone 4s trở lên.
iPad – Từ dòng iPad thế hệ đầu tiên trở lên.
MacBook
Apple Watch
AirPods

9. Các nguyên tắc hữu ích để tăng tuổi thọ của pin Lithium-ion

Để giúp pin Lithium-ion hoạt động lâu hơn, bạn có thể áp dụng một số nguyên tắc sau:

Bạn không nên sạc pin đến mức 100% cho mỗi lần sạc mà chỉ nên sạc đến khoảng 30% hoặc 60%. Tuy hơi phiền phức nhưng sạc pin nhiều lần sẽ giúp giảm thiểu sự phân hủy của các tế bào pin và tăng thêm dung lượng tuổi thọ pin.
Bạn cũng nên tránh để pin bị xả hết hoặc quá thấp, vì điều này sẽ làm giảm khả năng chứa điện của pin. Do đó, bạn nên duy trì một mức năng lượng ổn định cho pin, không quá cao cũng không quá thấp.

Không nên xả pin điện thoại quá nhiều lần

Bạn nên bảo quản pin ở một nơi khô ráo, thoáng mát và xa các vật dụng kim loại. Nhiệt độ cao hoặc độ ẩm cao có thể gây hại cho pin và làm giảm hiệu suất của máy. Đồng thời, các vật dụng kim loại có thể gây ra hiện tượng đoản mạch hoặc phóng điện, làm hỏng pin hoặc gây cháy nổ.
Bạn nên biết rằng trạng thái lý tưởng nhất của pin Lithium-ion là khi có khoảng 40% năng lượng. Đây là mức năng lượng an toàn, cân bằng cho pin, giúp duy trì hiệu suất và độ bền nhiều hơn. Đó cũng là lý do tại sao khi bạn mua một thiết bị mới có sử dụng pin Lithium-ion, bạn sẽ thấy pin có khoảng 40% đến 50% năng lượng.

10. So sánh pin Lithium-ion và pin Li-po: Khác biệt ở đâu?

Hiện nay, thị trường đang có hai loại pin phổ biến nhất đó Lithium-ion và pin Li-po

Lithium-ion là loại pin có khả năng sử dụng lâu và có thể sạc nhiều lần, từ 500 đến 1000 chu kỳ sạc, nếu được bảo quản đúng cách.

Chưa dừng lại ở đó, loại pin này có chi phí sản xuất thấp do sử dụng chất điện phân dạng lỏng, nên có thể áp dụng cho nhiều thiết bị khác nhau. Tuy nhiên, pin Lithium-ion cũng có nhược điểm là dễ bị cháy nổ nếu bị quá tải hoặc va đập mạnh, gây nguy hiểm cho người dùng và thiết bị.

Pin Li-po là loại pin có kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ, có thể thiết kế theo nhiều hình dạng khác nhau để phù hợp với các thiết bị điện tử. Pin này có dung lượng cao hơn pin Lithium-ion trong cùng một kích thước, nên có thể cung cấp nhiều năng lượng hơn.

Thiết kế pin Li-po

Tuy nhiên, pin Li-po cũng có điểm hạn chế là không chịu được sạc quá mức hoặc sạc sai cách. Điều đó có thể làm giảm tuổi thọ của pin và hiệu suất của thiết bị.

Như vậy, pin Lithium-ion và pin Li-po đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, tùy thuộc vào nhu cầu và sở thích của người dùng mà lựa chọn loại pin phù hợp cho điện thoại của mình.

11. Kết luận

Hiện tại Viện Di Động đang cung cấp các dịch vụ thay pin Lithium chính hãng đền từ các nguồn sản xuất thứ 3 uy tín, đã được chính Apple kiểm duyệt chặt chẽ. Vì thế, nếu quý khách có nhu cầu thay pin iPhone thì có thể đến ngay cửa hàng Viện Di Động – Hệ thống sửa chữa thiết bị công nghệ uy tín, chuyên nghiệp và đáng tin cậy.

Mọi thông tin xin liên hệ ngay đến tổng đài 1800.6729 (miễn phí) hoặc inbox fanpage Viện Di Động để được tư vấn dịch vụ, hỗ trợ kỹ thuật và đáp ứng kết quả xử lý nhanh chóng, minh bạch và chất lượng hơn.

Xem thêm:

Viện Di Động