Temelj nove energije: Pročitajte razvoj i princip litijumskih baterija

Litijumske baterije su uobičajena vrsta punjivih baterija čija se elektrohemijska reakcija zasniva na migraciji litijumskih jona između pozitivne i negativne elektrode. Litijumske baterije imaju prednosti visoke gustine energije, dugog vijeka trajanja i niske stope samopražnjenja, pa se široko koriste u raznim elektronskim uređajima i električnim vozilima.

Princip rada litijumskih baterija zasniva se na migraciji litijumskih iona između pozitivne i negativne elektrode. Tokom procesa punjenja, litijumski ioni se oslobađaju iz pozitivnog materijala (obično oksida kao što je litijum kobaltat), prolaze kroz elektrolit, a zatim se ubacuju u negativni materijal (obično ugljični materijal). Tokom procesa pražnjenja, litijumski ioni se odvajaju od negativnog materijala i kreću se kroz elektrolit do pozitivnog materijala, generirajući struju i električnu energiju, što pokreće vanjsku opremu.

Princip rada litijumskih baterija može se pojednostaviti u sljedeće korake:

1. Tokom procesa punjenja, negativna elektroda litijum baterije će apsorbovati spoljne elektrone. Da bi ostala električno neutralna, pozitivna elektroda će biti primorana da otpušta elektrone prema van, a litijum ioni koji su izgubili elektrone biće privučeni negativnom elektrodom i kretati se kroz elektrolit do negativne elektrode. Na taj način, negativna elektroda nadoknađuje elektrone i skladišti litijum ione.

2. Prilikom pražnjenja, elektroni se vraćaju na pozitivnu elektrodu kroz vanjski strujni krug, a litijum ioni se također uklanjaju iz materijala negativne elektrode, oslobađajući pohranjenu električnu energiju u tom procesu i vraćajući se na pozitivnu elektrodu kroz elektrolit, a elektroni se kombiniraju kako bi sudjelovali u reakciji redukcije radi obnavljanja strukture litijevog spoja.

3. U procesu punjenja i pražnjenja, zapravo se radi o procesu u kojem litijum joni jure elektrone, tokom kojeg se postiže skladištenje i oslobađanje električne energije.

Razvoj litijum baterija prošao je kroz više faza. Početkom 1970-ih, prvi put su predstavljene litijum metalne baterije, ali zbog visoke aktivnosti i sigurnosnih problema litijum metala, njihova primjena je bila ograničena. Nakon toga, litijum-jonske baterije su postale glavna tehnologija, koja koristi nemetalne litijumove spojeve kao materijale za pozitivne elektrode kako bi riješila problem sigurnosti litijum metalnih baterija. Devedesetih godina pojavile su se litijum-polimerne baterije, koje koriste polimerne gelove kao elektrolite, poboljšavajući sigurnost i gustinu energije baterija. Posljednjih godina razvijaju se i nove tehnologije litijum baterija, kao što su litijum-sumporne baterije i litijum-jonske baterije u čvrstom stanju.

Trenutno su litijum-jonske baterije i dalje najčešće korištena i najzrelija tehnologija baterija. Imaju visoku gustinu energije, dug vijek trajanja i nisku stopu samopražnjenja, te se široko koriste u mobilnim telefonima, laptopima, električnim vozilima i drugim oblastima. Osim toga, litijum-polimerske baterije se također široko koriste u oblastima kao što su tanki i lagani uređaji i bežične slušalice, zbog svoje visoke gustine energije i karakteristika tankog dizajna.

Kina je ostvarila izuzetan napredak u oblasti litijum baterija. Kina je jedan od najvećih svjetskih proizvođača i potrošača litijum baterija. Kineski lanac industrije litijum baterija je kompletan, od nabavke sirovina do proizvodnje baterija, ima određeni obim i tehničku snagu. Kineske kompanije za litijum baterije ostvarile su važan napredak u istraživanju i razvoju tehnologije, proizvodnim kapacitetima i tržišnom udjelu. Pored toga, kineska vlada je također uvela niz politika podrške kako bi podstakla razvoj i inovacije u industriji litijum baterija. Litijum baterije su postale glavno energetsko rješenje u oblastima kao što su elektronski uređaji i električna vozila.