新エネルギーの基礎：リチウム電池の開発と原理を読む

リチウム電池は一般的なタイプの充電式電池であり、その電気化学反応は正極と負極の間のリチウムイオンの移動に基づいています。 リチウム電池は、エネルギー密度が高く、寿命が長く、自己放電率が低いという利点があるため、さまざまな電子機器や電気自動車に広く使用されています。

リチウム電池の動作原理は、正極と負極の間のリチウムイオンの移動に基づいています。 充電プロセス中、リチウムイオンは正極材料 (通常はコバルト酸リチウムなどの酸化物) から放出され、電解質を通過して負極材料 (通常は炭素材料) に挿入されます。 放電プロセス中に、リチウムイオンが負極材料から分離され、電解質を通って正極材料に移動し、電流と電気エネルギーが生成され、外部機器が動作するようになります。

リチウム電池の動作原理は次のステップに単純化できます。

1. 充電プロセス中、リチウム電池の負極は外部の電子を吸収します。 電気的に中性を保つために、正極は強制的に電子を外部に放出し、電子を失ったリチウムイオンは負極に引き寄せられ、電解質を通って負極に移動します。 このようにして、負極は電子を補充し、リチウムイオンを貯蔵します。

2. 放電時、電子は外部回路を通って正極に戻り、リチウムイオンも負極材料から除去され、その過程で蓄えられた電気エネルギーが放出され、電解質を通って正極に戻ります。そして電子が結合して還元反応に参加し、リチウム化合物の構造を復元します。

3. 実際、充電と放電のプロセスでは、リチウムイオンが電子を追いかけるプロセスであり、その間に電気エネルギーの貯蔵と放出が行われます。

リチウム電池の開発は複数の段階を経てきました。 1970 年代初頭に、リチウム金属電池が初めて導入されましたが、リチウム金属の高い活性と安全性の問題により、その応用範囲は限られていました。 その後、リチウム金属電池の安全性の問題を解決するために、正極材料として非金属リチウム化合物を使用するリチウムイオン電池が主流の技術となった。 1990 年代には、ポリマーゲルを電解質として使用するリチウムポリマー電池が登場し、電池の安全性とエネルギー密度が向上しました。 近年、リチウム硫黄電池や全固体リチウム電池などの新しいリチウム電池技術も開発されています。

現在、リチウムイオン電池は依然として最も一般的に使用されており、最も成熟した電池技術です。 エネルギー密度が高く、サイクル寿命が長く、自己放電率が低いため、携帯電話、ノートパソコン、電気自動車などの分野で広く使用されています。 また、リチウムポリマー電池は、その高いエネルギー密度と薄型設計の特徴から、薄型軽量機器やワイヤレスヘッドフォンなどの分野でも広く使用されています。

中国はリチウム電池の分野で目覚ましい発展を遂げている。 中国は世界最大のリチウム電池の生産国および消費国の一つである。 中国のリチウム電池産業チェーンは完全であり、原料調達から電池製造まで一定の規模と技術力を備えている。 中国のリチウム電池企業は、技術研究開発、生産能力、市場シェアにおいて重要な進歩を遂げた。 さらに、中国政府はリチウム電池産業の発展と革新を促進する一連の支援政策も導入した。 リチウム電池は、電子機器や電気自動車などの分野における主要なエネルギーソリューションとなっています。