אבן הפינה של אנרגיה חדשה: קרא את הפיתוח והעיקרון של סוללות ליתיום

סוללות ליתיום הן סוג נפוץ של סוללות נטענות שהתגובה האלקטרוכימית שלה מבוססת על נדידה של יוני ליתיום בין האלקטרודות החיוביות והשליליות. לסוללות ליתיום יש את היתרונות של צפיפות אנרגיה גבוהה, חיים ארוכים וקצב פריקה עצמית נמוך, כך שהן נמצאות בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים שונים ובכלי רכב חשמליים.

עקרון העבודה של סוללות ליתיום מבוסס על נדידה של יוני ליתיום בין האלקטרודות החיוביות והשליליות. במהלך תהליך הטעינה משתחררים יוני ליתיום מהחומר החיובי (בדרך כלל תחמוצת כמו ליתיום קובלטאט), עוברים דרך האלקטרוליט, ואז מוכנסים לחומר השלילי (בדרך כלל חומר פחמן). במהלך תהליך הפריקה, יוני ליתיום מופרדים מהחומר השלילי ועוברים דרך האלקטרוליט אל החומר החיובי, ומייצרים זרם ואנרגיה חשמלית, המניעה את הציוד החיצוני לעבוד.

ניתן לפשט את עקרון העבודה של סוללות ליתיום לשלבים הבאים:

1. במהלך תהליך הטעינה, האלקטרודה השלילית של סוללת הליתיום תספוג אלקטרונים חיצוניים. על מנת להישאר נייטרלית חשמלית, האלקטרודה החיובית תאלץ לשחרר אלקטרונים כלפי חוץ, ויוני הליתיום שאיבדו אלקטרונים יימשכו אל האלקטרודה השלילית ויעברו דרך האלקטרוליט אל האלקטרודה השלילית. בדרך זו, האלקטרודה השלילית מחדשת אלקטרונים ואוגרת יוני ליתיום.

2. בעת הפריקה האלקטרונים חוזרים אל האלקטרודה החיובית דרך המעגל החיצוני, וגם יוני הליתיום מוסרים מחומר האלקטרודה השלילית, תוך שחרור האנרגיה החשמלית שנאגרה בתהליך, ועוברים חזרה אל האלקטרודה החיובית דרך האלקטרוליט, והאלקטרונים משולבים כדי להשתתף בתגובת ההפחתה כדי לשחזר את המבנה של תרכובת הליתיום.

3. בתהליך הטעינה והפריקה, למעשה, מדובר בתהליך של רדיפה של יוני ליתיום אחר אלקטרונים, במהלכו מושג אגירה ושחרור של אנרגיה חשמלית.

הפיתוח של סוללות ליתיום עבר מספר שלבים. בתחילת שנות ה-70 הוצגו לראשונה סוללות מתכת ליתיום, אך בשל הפעילות הגבוהה ובעיות הבטיחות של מתכת הליתיום, היקף היישום שלהן היה מוגבל. לאחר מכן, סוללות ליתיום-יון הפכו לטכנולוגיה המרכזית, המשתמשת בתרכובות ליתיום לא מתכתיות כחומרי אלקטרודה חיוביים כדי לפתור את בעיית הבטיחות של סוללות מתכת ליתיום. בשנות ה-90, הופיעו סוללות ליתיום פולימר, המשתמשות בג'לים פולימריים כאלקטרוליטים, שיפור הבטיחות וצפיפות האנרגיה של סוללות. בשנים האחרונות מתפתחות גם טכנולוגיות חדשות של סוללות ליתיום כמו סוללות ליתיום גופרית וסוללות ליתיום מוצק.

נכון לעכשיו, סוללות ליתיום-יון הן עדיין טכנולוגיית הסוללה הנפוצה והבוגרת ביותר. יש לו צפיפות אנרגיה גבוהה, חיי מחזור ארוכים וקצב פריקה עצמית נמוך, והוא נמצא בשימוש נרחב בטלפונים ניידים, מחשבים ניידים, כלי רכב חשמליים ותחומים אחרים. בנוסף, סוללות ליתיום פולימר נמצאות בשימוש נרחב גם בתחומים כמו מכשירים דקים וקלים ואוזניות אלחוטיות, בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה ומאפייני העיצוב הדקים שלהן.

סין עשתה התקדמות מדהימה בתחום סוללות הליתיום. סין היא אחת היצרניות והצרכניות הגדולות בעולם של סוללות ליתיום. שרשרת תעשיית סוללות הליתיום של סין הושלמה, מרכישת חומרי גלם ועד לייצור סוללות יש קנה מידה מסוים וחוזק טכני. חברות סוללות הליתיום בסין עשו התקדמות חשובה במחקר ופיתוח טכנולוגי, כושר ייצור ונתח שוק. בנוסף, הממשלה הסינית הציגה גם שורה של מדיניות תמיכה לעידוד הפיתוח והחדשנות של תעשיית סוללות הליתיום. סוללות ליתיום הפכו לפתרון אנרגיה מרכזי בתחומים כמו מכשירים אלקטרוניים וכלי רכב חשמליים.