سنگ بنای انرژی جدید: توسعه و اصل باتری های لیتیومی را بخوانید

باتری های لیتیومی نوع رایج باتری های قابل شارژ هستند که واکنش الکتروشیمیایی آن بر اساس مهاجرت یون های لیتیوم بین الکترودهای مثبت و منفی است. باتری های لیتیومی دارای مزایای چگالی انرژی بالا، عمر طولانی و سرعت تخلیه کم خود هستند، بنابراین به طور گسترده ای در دستگاه های مختلف الکترونیکی و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شوند.

اصل کار باتری های لیتیومی بر اساس مهاجرت یون های لیتیوم بین الکترودهای مثبت و منفی است. در طی فرآیند شارژ، یون های لیتیوم از ماده مثبت (معمولاً یک اکسید مانند لیتیوم کبالتات) آزاد می شوند، از الکترولیت عبور می کنند و سپس به ماده منفی (معمولاً یک ماده کربنی) وارد می شوند. در طول فرآیند تخلیه، یون‌های لیتیوم از مواد منفی جدا می‌شوند و از طریق الکترولیت به سمت ماده مثبت حرکت می‌کنند و جریان و انرژی الکتریکی تولید می‌کنند که تجهیزات خارجی را به سمت کار سوق می‌دهد.

اصل کار باتری های لیتیومی را می توان به مراحل زیر ساده کرد:

1. در طول فرآیند شارژ، الکترود منفی باتری لیتیومی الکترون های خارجی را جذب می کند. برای اینکه از نظر الکتریکی خنثی بماند، الکترود مثبت مجبور می شود الکترون ها را به بیرون آزاد کند و یون های لیتیوم که الکترون های خود را از دست داده اند به سمت الکترود منفی جذب شده و از طریق الکترولیت به سمت الکترود منفی حرکت می کنند. به این ترتیب الکترود منفی الکترون ها را پر می کند و یون های لیتیوم را ذخیره می کند.

2. هنگام تخلیه، الکترون ها از طریق مدار خارجی به الکترود مثبت برمی گردند و یون های لیتیوم نیز از مواد الکترود منفی حذف می شوند و انرژی الکتریکی ذخیره شده در این فرآیند آزاد می شود و از طریق الکترولیت به الکترود مثبت برمی گردد. و الکترون ها برای شرکت در واکنش احیا برای بازیابی ساختار ترکیب لیتیوم ترکیب می شوند.

3. در فرآیند شارژ و دشارژ در واقع فرآیند تعقیب یون های لیتیوم الکترون ها است که طی آن ذخیره و آزادسازی انرژی الکتریکی حاصل می شود.

توسعه باتری های لیتیومی مراحل مختلفی را طی کرده است. در اوایل دهه 1970، باتری های لیتیوم فلزی برای اولین بار معرفی شدند، اما به دلیل فعالیت زیاد و مسائل ایمنی فلز لیتیوم، دامنه کاربرد آنها محدود بود. متعاقباً، باتری‌های لیتیوم یون به فناوری اصلی تبدیل شدند که از ترکیبات لیتیوم غیرفلزی به عنوان مواد الکترود مثبت برای حل مشکل ایمنی باتری‌های فلزی لیتیوم استفاده می‌کنند. در دهه 1990، باتری های لیتیوم پلیمری ظاهر شدند که از ژل های پلیمری به عنوان الکترولیت استفاده می کردند و ایمنی و چگالی انرژی باتری ها را بهبود می بخشید. در سال‌های اخیر، فناوری‌های جدید باتری‌های لیتیومی مانند باتری‌های لیتیوم-گوگرد و باتری‌های لیتیومی حالت جامد نیز در حال توسعه هستند.

در حال حاضر، باتری‌های لیتیوم یونی هنوز رایج‌ترین و بالغ‌ترین فناوری باتری هستند. دارای چگالی انرژی بالا، عمر چرخه طولانی و سرعت تخلیه خود کم است و به طور گسترده در تلفن های همراه، رایانه های نوت بوک، وسایل نقلیه الکتریکی و سایر زمینه ها استفاده می شود. علاوه بر این، باتری های لیتیوم پلیمری به دلیل چگالی انرژی بالا و ویژگی های طراحی نازک، به طور گسترده در زمینه هایی مانند دستگاه های نازک و سبک و هدفون های بی سیم استفاده می شوند.

چین پیشرفت قابل توجهی در زمینه باتری های لیتیومی داشته است. چین یکی از بزرگترین تولید کنندگان و مصرف کنندگان باتری های لیتیومی در جهان است. زنجیره صنعت باتری لیتیومی چین کامل است، از تهیه مواد خام تا تولید باتری دارای مقیاس و قدرت فنی خاصی است. شرکت های باتری لیتیومی چین پیشرفت های مهمی در تحقیق و توسعه فناوری، ظرفیت تولید و سهم بازار داشته اند. علاوه بر این، دولت چین همچنین یک سری سیاست‌های حمایتی را برای تشویق توسعه و نوآوری صنعت باتری‌های لیتیومی معرفی کرده است. باتری های لیتیومی به یک راه حل اصلی انرژی در زمینه هایی مانند وسایل الکترونیکی و وسایل نقلیه الکتریکی تبدیل شده اند.