പുതിയ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ മൂലക്കല്ല്: ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ വികസനവും തത്വവും വായിക്കുക

ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ ഒരു സാധാരണ തരം റീചാർജ് ചെയ്യാവുന്ന ബാറ്ററിയാണ്, അതിൻ്റെ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രതികരണം പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡുകൾ തമ്മിലുള്ള ലിഥിയം അയോണുകളുടെ മൈഗ്രേഷനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. ലിഥിയം ബാറ്ററികൾക്ക് ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത, ദീർഘായുസ്സ്, കുറഞ്ഞ സ്വയം ഡിസ്ചാർജ് നിരക്ക് എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുണ്ട്, അതിനാൽ അവ വിവിധ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളിലും ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങളിലും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ പ്രവർത്തന തത്വം പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡുകൾ തമ്മിലുള്ള ലിഥിയം അയോണുകളുടെ മൈഗ്രേഷൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. ചാർജിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ, ലിഥിയം അയോണുകൾ പോസിറ്റീവ് മെറ്റീരിയലിൽ നിന്ന് പുറത്തുവരുന്നു (സാധാരണയായി ലിഥിയം കോബാൾട്ടേറ്റ് പോലുള്ള ഓക്സൈഡ്), ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലൂടെ കടന്നുപോകുന്നു, തുടർന്ന് നെഗറ്റീവ് മെറ്റീരിയലിലേക്ക് (സാധാരണയായി ഒരു കാർബൺ മെറ്റീരിയൽ) ചേർക്കുന്നു. ഡിസ്ചാർജ് പ്രക്രിയയിൽ, ലിഥിയം അയോണുകൾ നെഗറ്റീവ് മെറ്റീരിയലിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ച് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലൂടെ പോസിറ്റീവ് മെറ്റീരിയലിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു, കറൻ്റും വൈദ്യുതോർജ്ജവും സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് ബാഹ്യ ഉപകരണങ്ങളെ പ്രവർത്തിക്കാൻ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു.

ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ പ്രവർത്തന തത്വം ഇനിപ്പറയുന്ന ഘട്ടങ്ങളായി ലളിതമാക്കാം:

1. ചാർജിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ, ലിഥിയം ബാറ്ററിയുടെ നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് ബാഹ്യ ഇലക്ട്രോണുകളെ ആഗിരണം ചെയ്യും. വൈദ്യുത നിഷ്പക്ഷത നിലനിർത്തുന്നതിന്, പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് ഇലക്ട്രോണുകളെ പുറത്തേക്ക് വിടാൻ നിർബന്ധിതരാകും, കൂടാതെ ഇലക്ട്രോണുകൾ നഷ്ടപ്പെട്ട ലിഥിയം അയോണുകൾ നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിലേക്ക് ആകർഷിക്കപ്പെടുകയും ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലൂടെ നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിലേക്ക് നീങ്ങുകയും ചെയ്യും. ഈ രീതിയിൽ, നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് ഇലക്ട്രോണുകളെ നിറയ്ക്കുകയും ലിഥിയം അയോണുകൾ സംഭരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

2. ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, ഇലക്ട്രോണുകൾ ബാഹ്യ സർക്യൂട്ടിലൂടെ പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിലേക്ക് മടങ്ങുന്നു, കൂടാതെ ലിഥിയം അയോണുകളും നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയലിൽ നിന്ന് നീക്കം ചെയ്യപ്പെടുകയും പ്രക്രിയയിൽ സംഭരിച്ചിരിക്കുന്ന വൈദ്യുതോർജ്ജം പുറത്തുവിടുകയും ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലൂടെ പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിലേക്ക് മടങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നു. ലിഥിയം സംയുക്തത്തിൻ്റെ ഘടന പുനഃസ്ഥാപിക്കുന്നതിനുള്ള റിഡക്ഷൻ പ്രതികരണത്തിൽ പങ്കെടുക്കാൻ ഇലക്ട്രോണുകൾ കൂടിച്ചേർന്നതാണ്.

3. ചാർജിൻ്റെയും ഡിസ്ചാർജിൻ്റെയും പ്രക്രിയയിൽ, വാസ്തവത്തിൽ, ലിഥിയം അയോണുകൾ ഇലക്ട്രോണുകളെ പിന്തുടരുന്ന പ്രക്രിയയാണ്, ഈ സമയത്ത് വൈദ്യുതോർജ്ജത്തിൻ്റെ സംഭരണവും പ്രകാശനവും കൈവരിക്കുന്നു.

ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ വികസനം ഒന്നിലധികം ഘട്ടങ്ങളിലൂടെ കടന്നുപോയി. 1970-കളുടെ തുടക്കത്തിൽ, ലിഥിയം മെറ്റൽ ബാറ്ററികൾ ആദ്യമായി അവതരിപ്പിച്ചു, എന്നാൽ ലിഥിയം ലോഹത്തിൻ്റെ ഉയർന്ന പ്രവർത്തനവും സുരക്ഷാ പ്രശ്നങ്ങളും കാരണം, അവയുടെ പ്രയോഗത്തിൻ്റെ വ്യാപ്തി പരിമിതമായിരുന്നു. തുടർന്ന്, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ മുഖ്യധാരാ സാങ്കേതികവിദ്യയായി മാറി, ലിഥിയം മെറ്റൽ ബാറ്ററികളുടെ സുരക്ഷാ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കാൻ പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയലുകളായി നോൺ-മെറ്റാലിക് ലിഥിയം സംയുക്തങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. 1990-കളിൽ, ലിഥിയം പോളിമർ ബാറ്ററികൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു, പോളിമർ ജെല്ലുകൾ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളായി ഉപയോഗിച്ചു, ബാറ്ററികളുടെ സുരക്ഷയും ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും മെച്ചപ്പെടുത്തി. സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, ലിഥിയം-സൾഫർ ബാറ്ററികൾ, സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ തുടങ്ങിയ പുതിയ ലിഥിയം ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യകളും വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു.

നിലവിൽ, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ ഇപ്പോഴും ഏറ്റവും സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നതും പക്വതയുള്ളതുമായ ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്. ഇതിന് ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും ദൈർഘ്യമേറിയ സൈക്കിൾ ലൈഫും കുറഞ്ഞ സെൽഫ് ഡിസ്ചാർജ് നിരക്കും ഉണ്ട്, ഇത് മൊബൈൽ ഫോണുകളിലും നോട്ട്ബുക്ക് കമ്പ്യൂട്ടറുകളിലും ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങളിലും മറ്റ് മേഖലകളിലും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. കൂടാതെ, ലിഥിയം പോളിമർ ബാറ്ററികൾ അവയുടെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും നേർത്ത ഡിസൈൻ സവിശേഷതകളും കാരണം നേർത്തതും ഭാരം കുറഞ്ഞതുമായ ഉപകരണങ്ങൾ, വയർലെസ് ഹെഡ്‌ഫോണുകൾ തുടങ്ങിയ മേഖലകളിലും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു.

ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ മേഖലയിൽ ചൈന ശ്രദ്ധേയമായ പുരോഗതി കൈവരിച്ചു. ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും വലിയ നിർമ്മാതാക്കളും ഉപഭോക്താക്കളുമാണ് ചൈന. ചൈനയുടെ ലിഥിയം ബാറ്ററി വ്യവസായ ശൃംഖല പൂർത്തിയായി, അസംസ്‌കൃത വസ്തുക്കളുടെ സംഭരണം മുതൽ ബാറ്ററി നിർമ്മാണം വരെ ഒരു നിശ്ചിത അളവും സാങ്കേതിക ശക്തിയും ഉണ്ട്. ചൈനയിലെ ലിഥിയം ബാറ്ററി കമ്പനികൾ സാങ്കേതിക ഗവേഷണത്തിലും വികസനത്തിലും ഉൽപ്പാദന ശേഷിയിലും വിപണി വിഹിതത്തിലും സുപ്രധാന പുരോഗതി കൈവരിച്ചു. കൂടാതെ, ലിഥിയം ബാറ്ററി വ്യവസായത്തിൻ്റെ വികസനവും നവീകരണവും പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിനായി ചൈനീസ് സർക്കാർ പിന്തുണാ നയങ്ങളുടെ ഒരു പരമ്പരയും അവതരിപ്പിച്ചു. ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ, ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾ തുടങ്ങിയ മേഖലകളിൽ ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ ഒരു പ്രധാന ഊർജ്ജ പരിഹാരമായി മാറിയിരിക്കുന്നു.