De hoeksteen van nieuwe energie: Lees de ontwikkeling en het principe van lithiumbatterijen

Lithiumbatterijen zijn een veel voorkomend type oplaadbare batterij waarvan de elektrochemische reactie is gebaseerd op de migratie van lithiumionen tussen de positieve en negatieve elektroden. Lithiumbatterijen hebben de voordelen van een hoge energiedichtheid, een lange levensduur en een lage zelfontlading, daarom worden ze veel gebruikt in verschillende elektronische apparaten en elektrische voertuigen.

Het werkingsprincipe van lithiumbatterijen is gebaseerd op de migratie van lithiumionen tussen de positieve en negatieve elektroden. Tijdens het laadproces komen lithiumionen vrij uit het positieve materiaal (meestal een oxide zoals lithiumkobaltaat), passeren de elektrolyt en worden vervolgens in het negatieve materiaal (meestal een koolstofmateriaal) ingebracht. Tijdens het ontladingsproces worden lithiumionen gescheiden van het negatieve materiaal en bewegen ze zich door de elektrolyt naar het positieve materiaal, waardoor stroom en elektrische energie worden gegenereerd, die de externe apparatuur aan het werk zet.

Het werkingsprincipe van lithiumbatterijen kan in de volgende stappen worden vereenvoudigd:

1. Tijdens het laadproces absorbeert de negatieve elektrode van de lithiumbatterij externe elektronen. Om elektrisch neutraal te blijven, zal de positieve elektrode gedwongen worden elektronen naar buiten af ​​te geven, en zullen de lithiumionen die elektronen verloren hebben aangetrokken worden door de negatieve elektrode en door de elektrolyt naar de negatieve elektrode bewegen. Op deze manier vult de negatieve elektrode elektronen aan en slaat lithiumionen op.

2. Bij het ontladen keren de elektronen via het externe circuit terug naar de positieve elektrode en worden de lithiumionen ook verwijderd uit het materiaal van de negatieve elektrode, waarbij de opgeslagen elektrische energie vrijkomt en via de elektrolyt teruggaat naar de positieve elektrode, en de elektronen worden gecombineerd om deel te nemen aan de reductiereactie om de structuur van de lithiumverbinding te herstellen.

3. Tijdens het proces van opladen en ontladen is het in feite het proces waarbij lithiumionen elektronen achtervolgen, waarbij de opslag en vrijgave van elektrische energie wordt bereikt.

De ontwikkeling van lithiumbatterijen heeft meerdere fasen doorlopen. Begin jaren zeventig werden lithium-metaalbatterijen voor het eerst geïntroduceerd, maar vanwege de hoge activiteits- en veiligheidsproblemen van lithiummetaal was hun toepassingsbereik beperkt. Vervolgens zijn lithium-ionbatterijen de mainstream-technologie geworden, waarbij niet-metaalhoudende lithiumverbindingen als positieve elektrodematerialen worden gebruikt om het veiligheidsprobleem van lithium-metaalbatterijen op te lossen. In de jaren negentig verschenen lithium-polymeerbatterijen, waarbij polymeergels als elektrolyten werden gebruikt, waardoor de veiligheid en energiedichtheid van batterijen werden verbeterd. De afgelopen jaren hebben zich ook nieuwe lithiumbatterijtechnologieën ontwikkeld, zoals lithium-zwavelbatterijen en solid-state lithiumbatterijen.

Op dit moment zijn lithium-ionbatterijen nog steeds de meest gebruikte en meest volwassen batterijtechnologie. Het heeft een hoge energiedichtheid, een lange levensduur en een lage zelfontlading, en wordt veel gebruikt in mobiele telefoons, notebooks, elektrische voertuigen en andere velden. Bovendien worden lithium-polymeerbatterijen ook veel gebruikt in gebieden zoals dunne en lichte apparaten en draadloze hoofdtelefoons, vanwege hun hoge energiedichtheid en dunne ontwerpkenmerken.

China heeft opmerkelijke vooruitgang geboekt op het gebied van lithiumbatterijen. China is een van de grootste producenten en consumenten van lithiumbatterijen ter wereld. De Chinese lithiumbatterij-industrieketen is compleet, van de inkoop van grondstoffen tot de productie van batterijen heeft een zekere schaal en technische kracht. De Chinese lithiumbatterijbedrijven hebben belangrijke vooruitgang geboekt op het gebied van technologisch onderzoek en ontwikkeling, productiecapaciteit en marktaandeel. Daarnaast heeft de Chinese regering ook een reeks steunmaatregelen ingevoerd om de ontwikkeling en innovatie van de lithiumbatterij-industrie te stimuleren. Lithiumbatterijen zijn een belangrijke energieoplossing geworden op gebieden zoals elektronische apparaten en elektrische voertuigen.