Uuden energian kulmakivi: Lue litiumakkujen kehitys ja toimintaperiaate

Litiumparistot ovat yleisiä ladattavia akkuja, joiden sähkökemiallinen reaktio perustuu litiumionien kulkeutumiseen positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä. Litiumakuilla on korkea energiatiheys, pitkä käyttöikä ja alhainen itsepurkautumisnopeus, joten niitä käytetään laajalti erilaisissa elektronisissa laitteissa ja sähköajoneuvoissa.

Litiumparistojen toimintaperiaate perustuu litiumionien kulkeutumiseen positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä. Latausprosessin aikana litiumioneja vapautuu positiivisesta materiaalista (yleensä oksidista, kuten litiumkoboltaatti), ne kulkevat elektrolyytin läpi ja työnnetään sitten negatiiviseen materiaaliin (yleensä hiilimateriaaliin). Purkausprosessin aikana litiumionit erotetaan negatiivisesta materiaalista ja siirtyvät elektrolyytin kautta positiiviseen materiaaliin, jolloin syntyy virtaa ja sähköenergiaa, joka saa ulkoiset laitteet toimimaan.

Litiumparistojen toimintaperiaate voidaan yksinkertaistaa seuraaviin vaiheisiin:

1. Latausprosessin aikana litiumakun negatiivinen elektrodi absorboi ulkoisia elektroneja. Pysyäkseen sähköisesti neutraalina positiivisen elektrodin on pakko vapauttaa elektroneja ulospäin, ja elektroneja menettäneet litiumionit vetäytyvät negatiiviseen elektrodiin ja siirtyvät elektrolyytin kautta negatiiviselle elektrodille. Tällä tavalla negatiivinen elektrodi täydentää elektroneja ja varastoi litiumioneja.

2. Purkaessaan elektronit palaavat positiiviselle elektrodille ulkoisen piirin kautta, ja litiumionit poistetaan myös negatiivisen elektrodin materiaalista vapauttaen prosessissa varastoitunutta sähköenergiaa ja siirtyvät takaisin positiiviselle elektrodille elektrolyytin kautta, ja elektronit yhdistetään osallistumaan pelkistysreaktioon litiumyhdisteen rakenteen palauttamiseksi.

3. Lataus- ja purkausprosessissa itse asiassa se on prosessi, jossa litiumionit jahtaavat elektroneja, jonka aikana saavutetaan sähköenergian varastointi ja vapautuminen.

Litiumparistojen kehitys on käynyt läpi useita vaiheita. Litiummetalliakut esiteltiin ensimmäisen kerran 1970-luvun alussa, mutta litiummetallin korkean aktiivisuuden ja turvallisuusongelmien vuoksi niiden käyttöalue oli rajallinen. Myöhemmin litiumioniakuista on tullut valtavirtateknologia, joka käyttää ei-metallisia litiumyhdisteitä positiivisina elektrodimateriaaleina litiummetalliakkujen turvallisuusongelman ratkaisemiseksi. 1990-luvulla ilmestyi litiumpolymeeriakut, joissa käytettiin polymeerigeelejä elektrolyytteinä, mikä paransi akkujen turvallisuutta ja energiatiheyttä. Viime vuosina on myös kehitetty uusia litiumakkuteknologioita, kuten litium-rikkiakut ja solid-state-litiumparistot.

Tällä hetkellä litiumioniakut ovat edelleen yleisimmin käytetty ja kypsin akkutekniikka. Sillä on korkea energiatiheys, pitkä käyttöikä ja alhainen itsepurkautumisnopeus, ja sitä käytetään laajalti matkapuhelimissa, kannettavissa tietokoneissa, sähköajoneuvoissa ja muilla aloilla. Lisäksi litiumpolymeeriakkuja käytetään laajalti myös ohuissa ja kevyissä laitteissa ja langattomissa kuulokkeissa niiden suuren energiatiheyden ja ohuiden suunnitteluominaisuuksien vuoksi.

Kiina on edistynyt merkittävästi litiumakkujen alalla. Kiina on yksi maailman suurimmista litiumakkujen tuottajista ja kuluttajista. Kiinan litiumakkuteollisuuden ketju on valmis, raaka-aineiden hankinnasta akkujen valmistukseen on tietty mittakaava ja tekninen vahvuus. Kiinan litiumakkuyritykset ovat edistyneet merkittävästi teknologian tutkimuksessa ja kehityksessä, tuotantokapasiteetissa ja markkinaosuudessa. Lisäksi Kiinan hallitus on myös ottanut käyttöön joukon tukipolitiikkaa edistääkseen litiumakkuteollisuuden kehitystä ja innovaatiota. Litiumakuista on tullut tärkeä energiaratkaisu esimerkiksi elektroniikkalaitteissa ja sähköajoneuvoissa.