Základní kámen nové energie: Přečtěte si vývoj a princip lithiových baterií

Lithiové baterie jsou běžným typem dobíjecích baterií, jejichž elektrochemická reakce je založena na migraci lithiových iontů mezi kladnou a zápornou elektrodou. Lithiové baterie mají výhody vysoké energetické hustoty, dlouhé životnosti a nízké míry samovybíjení, takže se široce používají v různých elektronických zařízeních a elektrických vozidlech.

Princip fungování lithiových baterií je založen na migraci lithiových iontů mezi kladnou a zápornou elektrodou. Během procesu nabíjení se lithiové ionty uvolňují z kladného materiálu (obvykle oxidu, jako je kobaltan lithný), procházejí elektrolytem a poté se vkládají do záporného materiálu (obvykle uhlíkového materiálu). Během procesu vybíjení se lithiové ionty oddělují od záporného materiálu a pohybují se elektrolytem ke kladnému materiálu, čímž generují proud a elektrickou energii, která pohání externí zařízení.

Princip fungování lithiových baterií lze zjednodušeně shrnout do následujících kroků:

1. Během nabíjení záporná elektroda lithiové baterie absorbuje vnější elektrony. Aby zůstala elektricky neutrální, je kladná elektroda nucena uvolňovat elektrony ven a lithiové ionty, které ztratily elektrony, jsou přitahovány k záporné elektrodě a pohybují se elektrolytem k záporné elektrodě. Tímto způsobem záporná elektroda doplňuje elektrony a ukládá lithiové ionty.

2. Při vybíjení se elektrony vracejí přes externí obvod ke kladné elektrodě a lithiové ionty jsou také odstraňovány z materiálu záporné elektrody, čímž se uvolňuje uložená elektrická energie a pohybují se zpět ke kladné elektrodě přes elektrolyt. Elektrony se spojují a účastní se redukční reakce, která obnovuje strukturu lithiové sloučeniny.

3. V procesu nabíjení a vybíjení se ve skutečnosti jedná o proces, kdy lithiové ionty honí elektrony, během kterého dochází k ukládání a uvolňování elektrické energie.

Vývoj lithiových baterií prošel několika fázemi. Na začátku 70. let 20. století byly poprvé představeny lithium-kovové baterie, ale kvůli vysoké aktivitě a bezpečnostním problémům s lithiem byl rozsah jejich použití omezený. Následně se lithium-iontové baterie staly hlavní technologií, která využívá nekovové sloučeniny lithia jako materiály kladných elektrod k řešení bezpečnostního problému lithium-kovových baterií. V 90. letech 20. století se objevily lithium-polymerové baterie, které používají polymerní gely jako elektrolyty, což zlepšuje bezpečnost a energetickou hustotu baterií. V posledních letech se vyvíjejí také nové technologie lithiových baterií, jako jsou lithium-sírové baterie a polovodičové lithiové baterie.

V současné době jsou lithium-iontové baterie stále nejběžněji používanou a nejvyspělejší technologií baterií. Mají vysokou energetickou hustotu, dlouhou životnost a nízkou míru samovybíjení a jsou široce používány v mobilních telefonech, noteboocích, elektromobilech a dalších oblastech. Kromě toho se lithium-polymerové baterie díky své vysoké energetické hustotě a tenkému provedení široce používají i v oblastech, jako jsou tenká a lehká zařízení a bezdrátová sluchátka.

Čína dosáhla pozoruhodného pokroku v oblasti lithiových baterií. Čína je jedním z největších světových výrobců a spotřebitelů lithiových baterií. Čínský řetězec odvětví lithiových baterií je kompletní, od nákupu surovin až po výrobu baterií má určitý rozsah a technickou sílu. Čínské společnosti vyrábějící lithiové baterie dosáhly významného pokroku v technologickém výzkumu a vývoji, výrobní kapacitě a podílu na trhu. Kromě toho čínská vláda zavedla řadu podpůrných politik na podporu rozvoje a inovací v odvětví lithiových baterií. Lithiové baterie se staly hlavním energetickým řešením v oblastech, jako jsou elektronická zařízení a elektrická vozidla.