Uue energia nurgakivi: Lugege liitiumakude arengut ja põhimõtet

Liitiumakud on levinud laetavad akud, mille elektrokeemiline reaktsioon põhineb liitiumioonide migratsioonil positiivse ja negatiivse elektroodi vahel. Liitiumpatareide eelisteks on kõrge energiatihedus, pikk kasutusiga ja madal isetühjenemise määr, mistõttu neid kasutatakse laialdaselt erinevates elektroonikaseadmetes ja elektrisõidukites.

Liitiumakude tööpõhimõte põhineb liitiumioonide migratsioonil positiivse ja negatiivse elektroodi vahel. Laadimisprotsessi käigus eralduvad liitiumioonid positiivsest materjalist (tavaliselt oksiidist, nagu liitiumkobaltaat), läbivad elektrolüüdi ja sisestatakse seejärel negatiivsesse materjali (tavaliselt süsinikmaterjali). Tühjendusprotsessi käigus eraldatakse liitiumioonid negatiivsest materjalist ja liiguvad läbi elektrolüüdi positiivsesse materjali, tekitades voolu ja elektrienergiat, mis paneb välise seadmed tööle.

Liitiumakude tööpõhimõtet saab lihtsustada järgmisteks sammudeks:

1. Laadimise ajal neelab liitiumaku negatiivne elektrood väliseid elektrone. Selleks, et jääda elektriliselt neutraalseks, on positiivne elektrood sunnitud elektrone väljapoole vabastama ning elektronid kaotanud liitiumioonid tõmbuvad negatiivse elektroodi poole ja liiguvad läbi elektrolüüdi negatiivse elektroodi poole. Nii täiendab negatiivne elektrood elektrone ja talletab liitiumioone.

2. Tühjenemisel pöörduvad elektronid välise vooluringi kaudu tagasi positiivsele elektroodile ning liitiumioonid eemaldatakse ka negatiivse elektroodi materjalist, vabastades protsessi käigus salvestatud elektrienergia ja liikudes läbi elektrolüüdi tagasi positiivsele elektroodile, ja elektronid ühendatakse, et osaleda redutseerimisreaktsioonis, et taastada liitiumühendi struktuur.

3. Laadimise ja tühjenemise protsessis on see tegelikult protsess, kus liitiumioonid ajavad taga elektrone, mille käigus saavutatakse elektrienergia salvestamine ja vabanemine.

Liitiumakude väljatöötamine on läbinud mitu etappi. 1970. aastate alguses võeti esmakordselt kasutusele liitiummetallpatareid, kuid liitiummetalli kõrge aktiivsuse ja ohutusprobleemide tõttu oli nende rakendusala piiratud. Seejärel on liitium-ioonakud muutunud peamiseks tehnoloogiaks, mis kasutab liitiumakude ohutusprobleemide lahendamiseks positiivsete elektroodide materjalidena mittemetallilisi liitiumiühendeid. 1990. aastatel ilmusid liitiumpolümeerakud, mis kasutasid elektrolüütidena polümeergeele, parandades akude ohutust ja energiatihedust. Viimastel aastatel on arenenud ka uued liitiumaku tehnoloogiad, nagu liitium-väävelakud ja tahkisliitiumakud.

Praegu on liitium-ioonakud endiselt kõige sagedamini kasutatav ja kõige küpsem akutehnoloogia. Sellel on kõrge energiatihedus, pikk tööiga ja madal isetühjenemise määr ning seda kasutatakse laialdaselt mobiiltelefonides, sülearvutites, elektrisõidukites ja muudes valdkondades. Lisaks kasutatakse liitiumpolümeerakusid laialdaselt ka sellistes valdkondades nagu õhukesed ja kerged seadmed ning juhtmeta kõrvaklapid, kuna need on kõrge energiatihedusega ja õhukeste disainiomaduste tõttu.

Hiina on liitiumpatareide valdkonnas teinud märkimisväärseid edusamme. Hiina on üks maailma suurimaid liitiumakude tootjaid ja tarbijaid. Hiina liitiumakutööstuse kett on lõpule viidud, alates tooraine hankimisest kuni akude valmistamiseni on teatud ulatus ja tehniline tugevus. Hiina liitiumaku ettevõtted on teinud olulisi edusamme tehnoloogia uurimis- ja arendustegevuse, tootmisvõimsuse ja turuosa vallas. Lisaks on Hiina valitsus kehtestanud ka mitmeid toetuspoliitikaid, et soodustada liitiumakutööstuse arengut ja innovatsiooni. Liitiumakudest on saanud suur energialahendus sellistes valdkondades nagu elektroonikaseadmed ja elektrisõidukid.