Temelj nove energije: Pročitajte razvoj i princip litijevih baterija

Litijeve baterije su uobičajena vrsta punjivih baterija čija se elektrokemijska reakcija temelji na migraciji litijevih iona između pozitivne i negativne elektrode. Litijeve baterije imaju prednosti visoke gustoće energije, dugog vijeka trajanja i niske stope samopražnjenja, pa se široko koriste u raznim elektroničkim uređajima i električnim vozilima.

Princip rada litijevih baterija temelji se na migraciji litijevih iona između pozitivne i negativne elektrode. Tijekom procesa punjenja, litijevi ioni se oslobađaju iz pozitivnog materijala (obično oksida poput litijevog kobaltata), prolaze kroz elektrolit, a zatim se ubacuju u negativni materijal (obično ugljični materijal). Tijekom procesa pražnjenja, litijevi ioni se odvajaju od negativnog materijala i kreću se kroz elektrolit do pozitivnog materijala, stvarajući struju i električnu energiju, što pokreće vanjsku opremu.

Princip rada litijevih baterija može se pojednostaviti u sljedeće korake:

1. Tijekom procesa punjenja, negativna elektroda litijeve baterije apsorbirat će vanjske elektrone. Kako bi ostala električno neutralna, pozitivna elektroda bit će prisiljena otpuštati elektrone prema van, a litijevi ioni koji su izgubili elektrone bit će privučeni negativnoj elektrodi i kretat će se kroz elektrolit do negativne elektrode. Na taj način negativna elektroda nadoknađuje elektrone i pohranjuje litijeve ione.

2. Prilikom pražnjenja, elektroni se vraćaju na pozitivnu elektrodu kroz vanjski strujni krug, a litijevi ioni se također uklanjaju iz materijala negativne elektrode, oslobađajući pohranjenu električnu energiju u 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 litijevi ioni jure elektrone, tijekom kojeg se postiže pohranjivanje i oslobađanje električne energije.

Razvoj litijevih baterija prošao je kroz više faza. Početkom 1970-ih prvi put su predstavljene litijeve metalne baterije, ali zbog visoke aktivnosti i sigurnosnih problema litijevog metala, njihov opseg primjene bio je ograničen. Nakon toga, litij-ionske baterije postale su glavna tehnologija koja koristi nemetalne litijeve spojeve kao materijale za pozitivne elektrode kako bi riješila problem sigurnosti litijevih metalnih baterija. U 1990-ima pojavile su se litijeve polimerne baterije koje koriste polimerne gelove kao elektrolite, poboljšavajući sigurnost i gustoću energije baterija. Posljednjih godina razvijaju se i nove tehnologije litijevih baterija kao što su litij-sumporne baterije i litijeve baterije u čvrstom stanju.

Trenutno su litij-ionske baterije i dalje najčešće korištena i najzrelija tehnologija baterija. Imaju visoku gustoću energije, dugi vijek trajanja i nisku stopu samopražnjenja te se široko koriste u mobilnim telefonima, prijenosnim računalima, električnim vozilima i drugim područjima. Osim toga, litij-polimerne baterije se također široko koriste u područjima kao što su tanki i lagani uređaji i bežične slušalice, zbog svoje visoke gustoće energije i karakteristika tankog dizajna.

Kina je postigla izvanredan napredak u području litijevih baterija. Kina je jedan od najvećih svjetskih proizvođača i potrošača litijevih baterija. Kineski lanac industrije litijevih baterija je kompletan, od nabave sirovina do proizvodnje baterija, ima određeni opseg i tehničku snagu. Kineske tvrtke za litijeve baterije postigle su važan napredak u istraživanju i razvoju tehnologije, proizvodnim kapacitetima i tržišnom udjelu. Osim toga, kineska vlada uvela je i niz potpornih politika kako bi potaknula razvoj i inovacije u industriji litijevih baterija. Litijeve baterije postale su glavno energetsko rješenje u područjima kao što su elektronički uređaji i električna vozila.