Jaunās enerģijas stūrakmens: izlasiet litija bateriju izstrādi un darbības principu

Litija baterijas ir izplatīts uzlādējamo bateriju veids, kuru elektroķīmiskā reakcija ir balstīta uz litija jonu migrāciju starp pozitīvo un negatīvo elektrodu. Litija akumulatoru priekšrocības ir augsts enerģijas blīvums, ilgs kalpošanas laiks un zems pašizlādes ātrums, tāpēc tos plaši izmanto dažādās elektroniskās ierīcēs un elektriskajos transportlīdzekļos.

Litija bateriju darbības princips ir balstīts uz litija jonu migrāciju starp pozitīvo un negatīvo elektrodu. Uzlādes procesā litija joni tiek atbrīvoti no pozitīvā materiāla (parasti oksīda, piemēram, litija kobalta), iziet cauri elektrolītam un pēc tam tiek ievietoti negatīvajā materiālā (parasti oglekļa materiālā). Izlādes procesā litija joni tiek atdalīti no negatīvā materiāla un pa elektrolītu virzās uz pozitīvo materiālu, radot strāvu un elektrisko enerģiju, kas iedarbina ārējo aprīkojumu.

Litija bateriju darbības principu var vienkāršot šādos posmos:

1. Uzlādes procesa laikā litija akumulatora negatīvais elektrods absorbēs ārējos elektronus. Lai saglabātu elektriski neitrālu, pozitīvais elektrods būs spiests atbrīvot elektronus uz āru, un litija joni, kas zaudējuši elektronus, tiks piesaistīti negatīvajam elektrodam un virzīsies caur elektrolītu uz negatīvo elektrodu. Tādā veidā negatīvais elektrods papildina elektronus un uzglabā litija jonus.

2. Izlādējoties, elektroni caur ārējo ķēdi atgriežas pozitīvajā elektrodā, un litija joni tiek noņemti arī no negatīvā elektroda materiāla, procesā atbrīvojot uzkrāto elektrisko enerģiju un caur elektrolītu virzoties atpakaļ uz pozitīvo elektrodu. un elektroni tiek apvienoti, lai piedalītos reducēšanas reakcijā, lai atjaunotu litija savienojuma struktūru.

3. Uzlādes un izlādes procesā patiesībā tas ir process, kurā litija joni dzenas pakaļ elektroniem, kura laikā tiek panākta elektriskās enerģijas uzkrāšana un atbrīvošana.

Litija bateriju izstrāde ir izgājusi vairākus posmus. 70. gadu sākumā pirmo reizi tika ieviestas litija metāla baterijas, taču litija metāla augstās aktivitātes un drošības problēmu dēļ to pielietojums bija ierobežots. Pēc tam litija jonu akumulatori ir kļuvuši par galveno tehnoloģiju, kas izmanto nemetāliskus litija savienojumus kā pozitīvu elektrodu materiālu, lai atrisinātu litija metāla akumulatoru drošības problēmu. Deviņdesmitajos gados parādījās litija polimēru baterijas, kurās kā elektrolīti tika izmantoti polimēru gēli, uzlabojot akumulatoru drošību un enerģijas blīvumu. Pēdējos gados ir izstrādātas arī jaunas litija akumulatoru tehnoloģijas, piemēram, litija sēra baterijas un cietvielu litija baterijas.

Patlaban litija jonu akumulatori joprojām ir visizplatītākā un nobriedušākā akumulatoru tehnoloģija. Tam ir augsts enerģijas blīvums, ilgs cikla mūžs un zems pašizlādes ātrums, un to plaši izmanto mobilajos tālruņos, piezīmjdatoros, elektriskajos transportlīdzekļos un citās jomās. Turklāt litija polimēru baterijas tiek plaši izmantotas arī tādās jomās kā plānas un vieglas ierīces un bezvadu austiņas, jo tām ir augsts enerģijas blīvums un plānas konstrukcijas īpašības.

Ķīna ir panākusi ievērojamu progresu litija bateriju jomā. Ķīna ir viena no pasaulē lielākajām litija bateriju ražotājām un patērētājiem. Ķīnas litija akumulatoru nozares ķēde ir pabeigta, no izejvielu iepirkuma līdz akumulatoru ražošanai ir noteikts mērogs un tehniskais spēks. Ķīnas litija akumulatoru uzņēmumi ir panākuši nozīmīgu progresu tehnoloģiju pētniecībā un attīstībā, ražošanas jaudas un tirgus daļas jomā. Turklāt Ķīnas valdība ir ieviesusi arī virkni atbalsta politiku, lai veicinātu litija akumulatoru nozares attīstību un inovācijas. Litija baterijas ir kļuvušas par galveno enerģijas risinājumu tādās jomās kā elektroniskās ierīces un elektriskie transportlīdzekļi.