Hjørnestenen i ny energi: Læs om udviklingen og princippet bag litiumbatterier

Litiumbatterier er en almindelig type genopladeligt batteri, hvis elektrokemiske reaktion er baseret på migration af lithiumioner mellem de positive og negative elektroder. Litiumbatterier har fordelene ved høj energitæthed, lang levetid og lav selvafladningshastighed, så de er meget udbredt i forskellige elektroniske enheder og elbiler.

Lithiumbatteriers funktionsprincip er baseret på migrationen af ​​lithiumioner mellem de positive og negative elektroder. Under opladningsprocessen frigives lithiumioner fra det positive materiale (normalt et oxid såsom lithiumcobaltat), passerer gennem elektrolytten og indsættes derefter i det negative materiale (normalt et kulstofmateriale). Under afladningsprocessen separeres lithiumioner fra det negative materiale og bevæger sig gennem elektrolytten til det positive materiale, hvor de genererer strøm og elektrisk energi, som driver det eksterne udstyr til at fungere.

Princippet for litiumbatterier kan forenkles i følgende trin:

1. Under opladningsprocessen vil den negative elektrode på lithiumbatteriet absorbere eksterne elektroner. For at forblive elektrisk neutral vil den positive elektrode blive tvunget til at frigive elektroner til ydersiden, og de lithiumioner, der har mistet elektroner, vil blive tiltrukket af den negative elektrode og bevæge sig gennem elektrolytten til den negative elektrode. På denne måde genopfylder den negative elektrode elektroner og lagrer lithiumioner.

2. Ved afladning vender elektronerne tilbage til den positive elektrode gennem det eksterne kredsløb, og lithiumionerne fjernes også fra det negative elektrodemateriale, hvorved den lagrede elektriske energi frigives og bevæger sig tilbage til den positive elektrode gennem elektrolytten, og elektronerne kombineres for at deltage i reduktionsreaktionen for at genoprette lithiumforbindelsens struktur.

3. I opladning og afladningsprocessen er det faktisk processen, hvor lithiumioner jager elektroner, hvorunder der opnås lagring og frigivelse af elektrisk energi.

Udviklingen af ​​lithiumbatterier har gennemgået flere faser. I begyndelsen af ​​1970'erne blev lithiummetalbatterier først introduceret, men på grund af den høje aktivitet og sikkerhedsproblemer ved lithiummetal var deres anvendelsesområde begrænset. Efterfølgende er lithium-ion-batterier blevet mainstream-teknologien, der bruger ikke-metalliske lithiumforbindelser som positive elektrodematerialer til at løse sikkerhedsproblemet ved lithiummetalbatterier. I 1990'erne dukkede lithiumpolymerbatterier op, der bruger polymergeler som elektrolytter, hvilket forbedrede batteriernes sikkerhed og energitæthed. I de senere år er der også udviklet nye lithiumbatteriteknologier såsom lithium-svovlbatterier og solid-state lithiumbatterier.

I øjeblikket er lithium-ion-batterier stadig den mest almindeligt anvendte og mest modne batteriteknologi. De har en høj energitæthed, lang levetid og lav selvafladningshastighed og anvendes i vid udstrækning i mobiltelefoner, bærbare computere, elbiler og andre områder. Derudover anvendes lithiumpolymerbatterier også i vid udstrækning inden for områder som tynde og lette enheder og trådløse hovedtelefoner på grund af deres høje energitæthed og tynde designegenskaber.

Kina har gjort bemærkelsesværdige fremskridt inden for litiumbatterier. Kina er en af ​​verdens største producenter og forbrugere af litiumbatterier. Kinas litiumbatteriindustrikæde er komplet, fra indkøb af råmaterialer til batteriproduktion har en vis skala og teknisk styrke. Kinas litiumbatterivirksomheder har gjort betydelige fremskridt inden for teknologisk forskning og udvikling, produktionskapacitet og markedsandele. Derudover har den kinesiske regering også indført en række støttepolitikker for at fremme udvikling og innovation i litiumbatteriindustrien. Litiumbatterier er blevet en vigtig energiløsning inden for områder som elektroniske enheder og elbiler.