Kamień węgielny nowej energii: Przeczytaj rozwój i zasadę działania baterii litowych

Baterie litowe to powszechny typ akumulatorów, których reakcja elektrochemiczna opiera się na migracji jonów litu pomiędzy elektrodą dodatnią i ujemną. Baterie litowe mają zalety dużej gęstości energii, długiej żywotności i niskiego współczynnika samorozładowania, dlatego są szeroko stosowane w różnych urządzeniach elektronicznych i pojazdach elektrycznych.

Zasada działania akumulatorów litowych opiera się na migracji jonów litu pomiędzy elektrodą dodatnią i ujemną. Podczas procesu ładowania jony litu są uwalniane z materiału dodatniego (zwykle tlenku, takiego jak kobaltan litu), przechodzą przez elektrolit, a następnie są wprowadzane do materiału ujemnego (zwykle materiału węglowego). Podczas procesu rozładowywania jony litu oddzielają się od materiału ujemnego i przemieszczają się przez elektrolit do materiału dodatniego, wytwarzając prąd i energię elektryczną, która napędza urządzenia zewnętrzne do pracy.

Zasadę działania baterii litowych można uprościć w następujących krokach:

1. Podczas procesu ładowania elektroda ujemna akumulatora litowego będzie pochłaniać elektrony z zewnątrz. Aby zachować obojętność elektryczną, elektroda dodatnia będzie zmuszona uwolnić elektrony na zewnątrz, a jony litu, które utraciły elektrony, zostaną przyciągnięte do elektrody ujemnej i przedostaną się przez elektrolit do elektrody ujemnej. W ten sposób elektroda ujemna uzupełnia elektrony i magazynuje jony litu.

2. Podczas rozładowywania elektrony wracają do elektrody dodatniej poprzez obwód zewnętrzny, a jony litu są również usuwane z materiału elektrody ujemnej, uwalniając w ten sposób zmagazynowaną energię elektryczną i wracając z powrotem do elektrody dodatniej przez elektrolit, a elektrony są łączone, aby wziąć udział w reakcji redukcji w celu przywrócenia struktury związku litu.

3. W procesie ładowania i rozładowywania jest to proces, w którym jony litu gonią elektrony, podczas którego następuje magazynowanie i uwalnianie energii elektrycznej.

Rozwój baterii litowych przeszedł wiele etapów. We wczesnych latach siedemdziesiątych XX wieku wprowadzono po raz pierwszy akumulatory litowo-metalowe, ale ze względu na wysoką aktywność litowo-metalową i kwestie bezpieczeństwa, zakres ich zastosowania był ograniczony. Następnie akumulatory litowo-jonowe stały się głównym nurtem technologii, która wykorzystuje niemetaliczne związki litu jako materiały elektrody dodatniej, aby rozwiązać problem bezpieczeństwa akumulatorów litowo-metalowych. W latach 90. pojawiły się akumulatory litowo-polimerowe, w których jako elektrolity zastosowano żele polimerowe, co poprawiło bezpieczeństwo i gęstość energii akumulatorów. W ostatnich latach rozwijają się również nowe technologie akumulatorów litowych, takie jak akumulatory litowo-siarkowe i akumulatory litowe półprzewodnikowe.

Obecnie akumulatory litowo-jonowe są nadal najczęściej stosowaną i najbardziej dojrzałą technologią akumulatorów. Ma wysoką gęstość energii, długi cykl życia i niski współczynnik samorozładowania i jest szeroko stosowany w telefonach komórkowych, notebookach, pojazdach elektrycznych i innych dziedzinach. Ponadto akumulatory litowo-polimerowe są również szeroko stosowane w takich dziedzinach, jak cienkie i lekkie urządzenia oraz słuchawki bezprzewodowe, ze względu na ich wysoką gęstość energii i smukłą konstrukcję.

Chiny poczyniły niezwykłe postępy w dziedzinie baterii litowych. Chiny są jednym z największych na świecie producentów i konsumentów baterii litowych. Łańcuch przemysłu akumulatorów litowych w Chinach jest kompletny, od zakupu surowców po produkcję akumulatorów, ma określoną skalę i siłę techniczną. Chińskie firmy produkujące baterie litowe poczyniły istotne postępy w badaniach i rozwoju technologii, zdolnościach produkcyjnych i udziale w rynku. Ponadto chiński rząd wprowadził również szereg polityk wsparcia, aby zachęcić do rozwoju i innowacji w branży baterii litowych. Baterie litowe stały się głównym rozwiązaniem energetycznym w takich obszarach, jak urządzenia elektroniczne i pojazdy elektryczne.