La pietra angolare della nuova energia: leggi lo sviluppo e il principio delle batterie al litio
Le batterie al litio sono un tipo comune di batteria ricaricabile la cui reazione elettrochimica si basa sulla migrazione degli ioni di litio tra gli elettrodi positivi e negativi. Le batterie al litio presentano i vantaggi di un'elevata densità di energia, una lunga durata e un basso tasso di autoscarica, quindi sono ampiamente utilizzate in vari dispositivi elettronici e veicoli elettrici.
Il principio di funzionamento delle batterie al litio si basa sulla migrazione degli ioni di litio tra gli elettrodi positivi e negativi. Durante il processo di carica, gli ioni di litio vengono rilasciati dal materiale positivo (solitamente un ossido come il cobalto di litio), passano attraverso l'elettrolita e vengono quindi inseriti nel materiale negativo (solitamente un materiale di carbonio). Durante il processo di scarica, gli ioni di litio vengono separati dal materiale negativo e si spostano attraverso l'elettrolita fino al materiale positivo, generando corrente ed energia elettrica, che fa funzionare l'apparecchiatura esterna.
Il principio di funzionamento delle batterie al litio può essere semplificato nei seguenti passaggi:
1. Durante il processo di ricarica, l'elettrodo negativo della batteria al litio assorbirà gli elettroni esterni. Per rimanere elettricamente neutro, l'elettrodo positivo sarà costretto a rilasciare elettroni verso l'esterno e gli ioni di litio che hanno perso elettroni saranno attratti dall'elettrodo negativo e si sposteranno attraverso l'elettrolita fino all'elettrodo negativo. In questo modo, l’elettrodo negativo reintegra gli elettroni e immagazzina gli ioni di litio.
2. Durante la scarica, gli elettroni ritornano all'elettrodo positivo attraverso il circuito esterno e anche gli ioni di litio vengono rimossi dal materiale dell'elettrodo negativo, rilasciando l'energia elettrica immagazzinata nel processo e tornando all'elettrodo positivo attraverso l'elettrolita, e gli elettroni si combinano per partecipare alla reazione di riduzione per ripristinare la struttura del composto di litio.
3. Nel processo di carica e scarica, infatti, è il processo in cui gli ioni di litio inseguono gli elettroni, durante il quale si ottiene l'immagazzinamento e il rilascio di energia elettrica.
Lo sviluppo delle batterie al litio ha attraversato più fasi. All'inizio degli anni '70 furono introdotte per la prima volta le batterie al litio metallico, ma a causa dell'elevata attività e dei problemi di sicurezza del litio metallico, il loro ambito di applicazione era limitato. Successivamente, le batterie agli ioni di litio sono diventate la tecnologia tradizionale, che utilizza composti di litio non metallici come materiali per elettrodi positivi per risolvere il problema di sicurezza delle batterie al litio metallico. Negli anni '90 sono apparse le batterie ai polimeri di litio, che utilizzavano gel polimerici come elettroliti, migliorando la sicurezza e la densità energetica delle batterie. Negli ultimi anni si sono sviluppate anche nuove tecnologie per le batterie al litio come le batterie al litio-zolfo e le batterie al litio allo stato solido.
Attualmente, le batterie agli ioni di litio rappresentano ancora la tecnologia delle batterie più comunemente utilizzata e più matura. Ha un'elevata densità di energia, un lungo ciclo di vita e un basso tasso di autoscarica ed è ampiamente utilizzato nei telefoni cellulari, nei computer notebook, nei veicoli elettrici e in altri campi. Inoltre, le batterie ai polimeri di litio sono ampiamente utilizzate anche in campi quali dispositivi sottili e leggeri e cuffie wireless, grazie alla loro elevata densità di energia e alle caratteristiche di design sottile.
La Cina ha fatto notevoli progressi nel campo delle batterie al litio. La Cina è uno dei maggiori produttori e consumatori mondiali di batterie al litio. La catena industriale cinese delle batterie al litio è completa, dall'approvvigionamento delle materie prime alla produzione delle batterie, ha una certa scala e forza tecnica. Le aziende cinesi produttrici di batterie al litio hanno compiuto importanti progressi nella ricerca e sviluppo tecnologico, nella capacità produttiva e nella quota di mercato. Inoltre, il governo cinese ha introdotto anche una serie di politiche di sostegno per favorire lo sviluppo e l’innovazione del settore delle batterie al litio. Le batterie al litio sono diventate una delle principali soluzioni energetiche in settori quali i dispositivi elettronici e i veicoli elettrici.