Lithium, ký hiệu Li, là nguyên tố số 3, mở đầu nhóm kim loại kiềm trong chu kỳ 2. Kim loại có khối lượng riêng nhỏ, màu bạc khi bề mặt còn mới và dễ bị biến đổi khi tiếp xúc với môi trường.
Lithium, ký hiệu Li, là nguyên tố số 3, mở đầu nhóm kim loại kiềm trong chu kỳ 2. Kim loại có khối lượng riêng nhỏ, màu bạc khi bề mặt còn mới và dễ bị biến đổi khi tiếp xúc với môi trường. Sự hiện diện của lithium trong pin, vật liệu gốm và hợp kim bắt nguồn từ những đặc điểm khác nhau; không thể giải thích mọi ứng dụng chỉ bằng nhận xét rằng đây là một kim loại nhẹ.
Cấu hình electron của nguyên tử lithium là 1s22s1. Electron ở lớp ngoài có thể được nhường đi để hình thành cation Li+. Trong phần lớn hợp chất thông thường, lithium có số oxi hóa +1. Tuy nhiên, ion lithium không có đầy đủ những tính chất của kim loại lithium: điện tích, khả năng hòa tan và cơ chế tham gia phản ứng đã thay đổi khi nguyên tử trở thành ion.
Đây là điểm cần làm rõ khi đọc thông tin về pin. Một pin lithium-ion thông dụng vận chuyển ion giữa các vật liệu điện cực; nó không nhất thiết chứa một khối lithium kim loại hoạt động như cách hình dung từ tên gọi. Công nghệ lithium kim loại và lithium-ion có quan hệ về nguyên tố sử dụng, nhưng khác nhau ở cấu trúc điện cực và những vấn đề cần giải quyết trong vận hành.
Trong quá trình phóng điện, phản ứng tại các điện cực tạo ra dòng electron đi qua mạch ngoài, trong khi ion chuyển động trong phần điện ly để duy trì cân bằng điện tích. Khi sạc, nguồn điện ngoài thúc đẩy quá trình theo chiều ngược lại. Không nên mô tả pin đơn thuần như một vật chứa điện: năng lượng được lưu trữ nhờ trạng thái hóa học của các thành phần trong hệ.
Khối lượng nhỏ của lithium là một lợi thế đối với mật độ năng lượng tính theo khối lượng. Dù vậy, thông số của một bộ pin còn phụ thuộc vật liệu cathode, anode, dung môi, màng ngăn và hệ điều khiển. Hai pin cùng được gọi là lithium-ion có thể khác rõ rệt về tuổi thọ, công suất, nhiệt độ làm việc và yêu cầu bảo vệ.
Lithium được khai thác từ những nguồn như khoáng vật chứa lithium và dung dịch muối tự nhiên. Sau khai thác, nguyên liệu cần được chuyển thành các sản phẩm hóa học phù hợp với mục đích sử dụng. Lithium carbonate và lithium hydroxide là những ví dụ quan trọng; chúng không phải những tên gọi khác của lithium kim loại mà là các hợp chất có thành phần và tính chất riêng.
Đánh giá một nguồn lithium phải xét cả hàm lượng, tạp chất, nhu cầu nước và các công đoạn tinh chế. Hàm lượng nguyên tố cao không tự động đồng nghĩa sản phẩm đạt cấp chất lượng dùng cho pin. Những tạp chất ở mức nhỏ vẫn có thể ảnh hưởng phản ứng điện hóa hoặc độ ổn định của vật liệu, vì vậy yêu cầu kỹ thuật thường nghiêm ngặt hơn việc chỉ xác nhận có lithium trong mẫu.
Các hợp chất lithium được sử dụng trong một số hệ thủy tinh, gốm và chất bôi trơn; lithium cũng tham gia những hợp kim nhẹ. Trong mỗi trường hợp, dạng tồn tại quyết định vai trò của nguyên tố. Một muối tác động đến cấu trúc pha của gốm không hoạt động theo cơ chế giống ion vận chuyển điện tích trong pin.
Lithium kim loại phản ứng với nước tạo môi trường kiềm và giải phóng hydrogen. Bởi vậy, không nên đồng nhất việc một sản phẩm chứa hợp chất lithium với mức độ phản ứng của lithium nguyên chất. Ngược lại, tính quen thuộc của pin trong đời sống cũng không làm mất những rủi ro về nhiệt và điện của thiết bị. Hiểu đúng dạng hóa học là bước đầu để đọc chính xác cả tài liệu công nghệ lẫn thông tin an toàn.
