Der Grundstein neuer Energie: Lesen Sie die Entwicklung und das Prinzip von Lithiumbatterien

Lithiumbatterien sind eine gängige Art wiederaufladbarer Batterien, deren elektrochemische Reaktion auf der Wanderung von Lithiumionen zwischen der positiven und negativen Elektrode basiert. Lithiumbatterien haben die Vorteile einer hohen Energiedichte, einer langen Lebensdauer und einer geringen Selbstentladungsrate und werden daher häufig in verschiedenen elektronischen Geräten und Elektrofahrzeugen verwendet.

Das Funktionsprinzip von Lithiumbatterien basiert auf der Wanderung von Lithiumionen zwischen der positiven und negativen Elektrode. Während des Ladevorgangs werden Lithiumionen aus dem positiven Material (normalerweise ein Oxid wie Lithiumkobaltat) freigesetzt, passieren den Elektrolyten und werden dann in das negative Material (normalerweise ein Kohlenstoffmaterial) eingefügt. Während des Entladevorgangs werden Lithiumionen vom negativen Material getrennt und wandern durch den Elektrolyten zum positiven Material, wodurch Strom und elektrische Energie erzeugt werden, die die externen Geräte zum Betrieb bringen.

Das Funktionsprinzip von Lithiumbatterien kann in die folgenden Schritte vereinfacht werden:

1. Während des Ladevorgangs nimmt die negative Elektrode der Lithiumbatterie externe Elektronen auf. Um elektrisch neutral zu bleiben, wird die positive Elektrode gezwungen, Elektronen nach außen abzugeben, und die Lithiumionen, die Elektronen verloren haben, werden von der negativen Elektrode angezogen und wandern durch den Elektrolyten zur negativen Elektrode. Auf diese Weise füllt die negative Elektrode Elektronen auf und speichert Lithiumionen.

2. Beim Entladen kehren die Elektronen über den äußeren Stromkreis zur positiven Elektrode zurück, außerdem werden die Lithiumionen aus dem Material der negativen Elektrode entfernt, wobei die gespeicherte elektrische Energie freigesetzt wird und über den Elektrolyten zurück zur positiven Elektrode gelangt. und die Elektronen werden kombiniert, um an der Reduktionsreaktion teilzunehmen und die Struktur der Lithiumverbindung wiederherzustellen.

3. Beim Laden und Entladen handelt es sich tatsächlich um den Prozess, bei dem Lithiumionen Elektronen jagen, wodurch die Speicherung und Freisetzung elektrischer Energie erreicht wird.

Die Entwicklung von Lithiumbatterien hat mehrere Phasen durchlaufen. In den frühen 1970er Jahren wurden erstmals Lithium-Metall-Batterien eingeführt, doch aufgrund der hohen Aktivität und Sicherheitsprobleme von Lithium-Metall war ihr Anwendungsbereich begrenzt. Anschließend haben sich Lithium-Ionen-Batterien zur Mainstream-Technologie entwickelt, die nichtmetallische Lithiumverbindungen als positive Elektrodenmaterialien verwendet, um das Sicherheitsproblem von Lithium-Metall-Batterien zu lösen. In den 1990er Jahren kamen Lithium-Polymer-Batterien auf den Markt, die Polymergele als Elektrolyte verwendeten und so die Sicherheit und Energiedichte von Batterien verbesserten. In den letzten Jahren wurden auch neue Lithiumbatterietechnologien wie Lithium-Schwefel-Batterien und Festkörper-Lithiumbatterien entwickelt.

Derzeit sind Lithium-Ionen-Batterien immer noch die am häufigsten verwendete und ausgereifteste Batterietechnologie. Es verfügt über eine hohe Energiedichte, eine lange Lebensdauer und eine geringe Selbstentladungsrate und wird häufig in Mobiltelefonen, Notebooks, Elektrofahrzeugen und anderen Bereichen eingesetzt. Darüber hinaus werden Lithium-Polymer-Batterien aufgrund ihrer hohen Energiedichte und ihres schlanken Designs auch häufig in Bereichen wie dünnen und leichten Geräten sowie drahtlosen Kopfhörern eingesetzt.

China hat im Bereich der Lithiumbatterien bemerkenswerte Fortschritte gemacht. China ist einer der weltweit größten Produzenten und Verbraucher von Lithiumbatterien. Chinas Industriekette für Lithiumbatterien ist vollständig und weist von der Rohstoffbeschaffung bis zur Batterieherstellung einen gewissen Umfang und eine gewisse technische Stärke auf. Chinas Lithiumbatterieunternehmen haben wichtige Fortschritte in der Technologieforschung und -entwicklung, der Produktionskapazität und dem Marktanteil erzielt. Darüber hinaus hat die chinesische Regierung eine Reihe von Fördermaßnahmen eingeführt, um die Entwicklung und Innovation der Lithiumbatterieindustrie zu fördern. Lithiumbatterien sind zu einer wichtigen Energielösung in Bereichen wie elektronischen Geräten und Elektrofahrzeugen geworden.