Uue energia nurgakivi: lugege liitiumakude arendust ja põhimõtet

Liitiumakud on levinud laetavate akude tüüp, mille elektrokeemiline reaktsioon põhineb liitiumioonide migratsioonil positiivse ja negatiivse elektroodi vahel. Liitiumakudel on eelised kõrge energiatihedus, pikk eluiga ja madal isetühjenemise kiirus, mistõttu neid kasutatakse laialdaselt erinevates elektroonikaseadmetes ja elektriautodes.

Liitiumakude tööpõhimõte põhineb liitiumioonide liikumisel positiivse ja negatiivse elektroodi vahel. Laadimisprotsessi käigus vabanevad liitiumioonid positiivsest materjalist (tavaliselt oksiidist, näiteks liitiumkobaltaadist), läbivad elektrolüüdi ja sisenevad seejärel negatiivsesse materjali (tavaliselt süsinikmaterjali). Tühjendamise käigus eraldatakse liitiumioonid negatiivsest materjalist ja liiguvad läbi elektrolüüdi positiivsesse materjali, tekitades voolu ja elektrienergiat, mis paneb välise seadme tööle.

Liitiumakude tööpõhimõtet saab lihtsustatult jagada järgmisteks sammudeks:

1. Laadimise ajal neelab liitiumaku negatiivne elektrood väliseid elektrone. Elektrilise neutraalsuse säilitamiseks on positiivne elektrood sunnitud elektrone väljapoole vabastama ning elektrone kaotanud liitiumioonid tõmbuvad negatiivse elektroodi poole ja liiguvad elektrolüüdi kaudu negatiivsele elektroodile. Sel viisil varustab negatiivne elektrood elektrone ja salvestab liitiumioone.

2. Tühjenemisel naasevad elektronid välise vooluringi kaudu positiivsele elektroodile ja liitiumioonid eemaldatakse samuti negatiivse elektroodi materjalist, vabastades protsessis salvestatud elektrienergia ja liikudes elektrolüüdi kaudu tagasi positiivsele elektroodile ning elektronid ühinevad, et osaleda redutseerimisreaktsioonis liitiumühendi struktuuri taastamiseks.

3. Laadimise ja tühjenemise protsessis on tegelikult tegemist liitiumioonide elektronide tagaajamise protsessiga, mille käigus saavutatakse elektrienergia salvestamine ja vabastamine.

Liitiumakude arendamine on läbinud mitu etappi. 1970. aastate alguses toodi esmakordselt turule liitiummetallakud, kuid liitiummetalli kõrge aktiivsuse ja ohutusprobleemide tõttu oli nende rakendusala piiratud. Seejärel said liitiumioonakud peavoolutehnoloogiaks, kus liitiummetallakude ohutusprobleemide lahendamiseks kasutatakse positiivsete elektroodidena mittemetallilisi liitiumiühendeid. 1990. aastatel ilmusid liitiumpolümeerakud, mis kasutasid elektrolüütidena polümeergeele, parandades akude ohutust ja energiatihedust. Viimastel aastatel on arenenud ka uued liitiumakude tehnoloogiad, näiteks liitiumväävliakud ja liitiumakud tahkis-tahkes olekus.

Praegu on liitiumioonakud endiselt kõige sagedamini kasutatav ja küpseim akutehnoloogia. Neil on kõrge energiatihedus, pikk eluiga ja madal isetühjenemise kiirus ning neid kasutatakse laialdaselt mobiiltelefonides, sülearvutites, elektriautodes ja muudes valdkondades. Lisaks kasutatakse liitiumpolümeerakusid laialdaselt ka sellistes valdkondades nagu õhukesed ja kerged seadmed ning traadita kõrvaklapid tänu nende kõrgele energiatihedusele ja õhukesele disainile.

Hiina on liitiumakude valdkonnas teinud märkimisväärseid edusamme. Hiina on üks maailma suurimaid liitiumakude tootjaid ja tarbijaid. Hiina liitiumakude tööstusahel on täielik, alates tooraine hankimisest kuni akude tootmiseni, millel on teatav ulatus ja tehniline tugevus. Hiina liitiumakude ettevõtted on teinud olulisi edusamme tehnoloogia uurimis- ja arendustegevuses, tootmisvõimsuse ja turuosa suurendamisel. Lisaks on Hiina valitsus kehtestanud rea toetuspoliitikaid, et soodustada liitiumakude tööstuse arengut ja innovatsiooni. Liitiumakudest on saanud oluline energialahendus sellistes valdkondades nagu elektroonikaseadmed ja elektrisõidukid.