Kamen temeljac nove energije: Pročitajte razvoj i princip rada litijevih baterija

Litijeve baterije su uobičajen tip punjive baterije čija se elektrokemijska reakcija temelji na migraciji litijevih iona između pozitivne i negativne elektrode. Litijske baterije imaju prednosti visoke gustoće energije, dugog vijeka trajanja i niske stope samopražnjenja, pa se naširoko koriste u raznim elektroničkim uređajima i električnim vozilima.

Princip rada litijevih baterija temelji se na migraciji litijevih iona između pozitivne i negativne elektrode. Tijekom procesa punjenja, litijevi ioni se oslobađaju iz pozitivnog materijala (obično oksida kao što je litij kobaltat), prolaze kroz elektrolit i zatim se umeću u negativni materijal (obično ugljični materijal). Tijekom procesa pražnjenja, litijevi ioni se odvajaju od negativnog materijala i kreću se kroz elektrolit do pozitivnog materijala, generirajući struju i električnu energiju, što pokreće rad vanjske opreme.

Princip rada litijskih baterija može se pojednostaviti u sljedeće korake:

1. Tijekom procesa punjenja, negativna elektroda litijske baterije će apsorbirati vanjske elektrone. Kako bi ostala električki neutralna, pozitivna elektroda će biti prisiljena otpustiti elektrone prema van, a litijevi ioni koji su izgubili elektrone privući će negativnu elektrodu i kretati se kroz elektrolit do negativne elektrode. Na taj način negativna elektroda obnavlja elektrone i pohranjuje litijeve ione.

2. Prilikom pražnjenja, elektroni se vraćaju na pozitivnu elektrodu kroz vanjski krug, a litijevi ioni također se uklanjaju iz materijala negativne elektrode, oslobađajući pohranjenu električnu energiju u procesu i vraćajući se natrag na pozitivnu elektrodu kroz elektrolit, a elektroni se kombiniraju kako bi sudjelovali u reakciji redukcije kako bi se obnovila struktura litijevog spoja.

3. U procesu punjenja i pražnjenja, zapravo, radi se o procesu tjeranja iona litija za elektrone, pri čemu se postiže skladištenje i oslobađanje električne energije.

Razvoj litijevih baterija prošao je kroz više faza. Početkom 1970-ih, litij-metalne baterije su prvi put uvedene, ali zbog visoke aktivnosti i sigurnosnih pitanja litij-metala, njihov opseg primjene bio je ograničen. Nakon toga, litij-ionske baterije postale su glavna tehnologija, koja koristi nemetalne spojeve litija kao materijale za pozitivne elektrode za rješavanje problema sigurnosti metalnih litijevih baterija. U 1990-ima su se pojavile litij-polimer baterije koje su koristile polimerne gelove kao elektrolite, poboljšavajući sigurnost i energetsku gustoću baterija. Posljednjih godina također se razvijaju nove tehnologije litijskih baterija kao što su litij-sumporne baterije i litijeve baterije u čvrstom stanju.

Trenutačno su litij-ionske baterije još uvijek najčešće korištena i najzrelija baterijska tehnologija. Ima visoku gustoću energije, dug životni ciklus i nisku stopu samopražnjenja, a široko se koristi u mobilnim telefonima, prijenosnim računalima, električnim vozilima i drugim područjima. Osim toga, litij-polimer baterije također se naširoko koriste u područjima kao što su tanki i lagani uređaji i bežične slušalice, zbog svoje visoke gustoće energije i karakteristika tankog dizajna.

Kina je postigla značajan napredak u području litijevih baterija. Kina je jedan od najvećih svjetskih proizvođača i potrošača litijevih baterija. Kineski lanac industrije litijevih baterija je dovršen, od nabave sirovina do proizvodnje baterija ima određeni opseg i tehničku snagu. Kineske tvrtke za proizvodnju litijskih baterija postigle su značajan napredak u tehnološkom istraživanju i razvoju, proizvodnom kapacitetu i tržišnom udjelu. Osim toga, kineska vlada također je uvela niz politika potpore za poticanje razvoja i inovacija u industriji litijevih baterija. Litijske baterije postale su glavno energetsko rješenje u područjima kao što su elektronički uređaji i električna vozila.