Pin Lithium-ion hoạt động dựa trên sự di chuyển của các ion Li+ qua lại giữa hai điện cực có cấu trúc dạng lớp. Thông thường, cực âm (anode) được làm bằng than chì ngậm lithium (LiC6) và cực dương (cathode) là oxide kim loại (như LiCoO2). Chất điện phân (thường là LiPF6 trong dung môi hữu cơ) đóng vai trò dẫn truyền ion Li+. Phản ứng ở các điện cực khi pin hoạt động (xả pin) như sau:
Cathode: CoO2 + Li+ + 1e → LiCoO2
Anode: LiC6 → C6 + Li+ + 1e
Phản ứng hoá học đầy đủ xảy ra trong trong pin như sau:
LiC6(s) + CoO2(s) ⇋ C6(s) + LiCoO2(s) (∗)
a) Trong quá trình xả pin, tại anode xảy ra quá trình oxi hoá LiC6.
b) Khi xả pin, số oxi hoá của nguyên tố Cobalt (Co) giảm từ +4 xuống +3 .
c) Để có một viên pin đạt dung lượng 4000 mAh, khối lượng LiCoO2 tối thiểu là khoảng 16,4 gam. Biết rằng 1 mol electron có điện lượng là 96485C và 1C = 1A.s (MLi = 7, MCo = 59; MO = 16). (Chỉ làm tròn đến hàng chục ở phép tính cuối cùng).
d) Trong phương trình phản ứng tổng quát (∗), chiều nghịch biểu diễn cho quá trình sạc pin.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Đúng, khi xả pin anode xảy ra quá trình oxy hóa Li (từ 0 lên +1):
LiC6 → C6 + Li+ + 1e
(b) Đúng, trong CoO2, số oxy hóa của Co là +4. Trong LiCoO2 (sản phẩm sau khi xả), Co có số oxy hóa là +3.
(c) Sai:
4000 mAh = 4 Ah = 4.3600 = 14400 As = 14400 C
—> nLiCoO2 = ne = 14400/96485 = 0,149246 mol
—> mLiCoO2 = 0,149246.98 = 14,6 gam
(d) Đúng, chiều thuận là quá trình xả pin nên chiều nghịch là quá trình sạc pin (2 quá trình này ngược nhau).
