Hornsteinn nýrrar orku: Lestu um þróun og meginreglu litíumrafhlöður

Litíumrafhlöður eru algeng tegund endurhlaðanlegra rafhlöðu þar sem rafefnafræðileg viðbrögð byggjast á flutningi litíumjóna milli jákvæðra og neikvæðra rafskauta. Litíumrafhlöður hafa þá kosti að vera mikill orkuþéttleiki, langur endingartími og lágur sjálfsafhleðsluhraði, þannig að þær eru mikið notaðar í ýmsum rafeindatækjum og rafknúnum ökutækjum.

Virkni litíumrafhlöðu byggist á flutningi litíumjóna á milli jákvæðu og neikvæðu rafskautanna. Við hleðslu losna litíumjónir úr jákvæða efninu (venjulega oxíð eins og litíumkóbalt), fara í gegnum raflausnina og eru síðan settar inn í neikvæða efnið (venjulega kolefnisefni). Við útskriftina aðskiljast litíumjónir frá neikvæða efninu og fara í gegnum raflausnina að jákvæða efninu, sem myndar straum og raforku, sem knýr ytri búnaðinn til virkni.

Hægt er að einfalda virkni litíumrafhlöðu í eftirfarandi skrefum:

1. Við hleðslu mun neikvæða rafskaut litíumrafhlöðunnar taka í sig ytri rafeindir. Til að halda rafmagnsleysi verður jákvæða rafskautið neydd til að losa rafeindir út á við og litíumjónirnar sem hafa misst rafeindir munu laðast að neikvæða rafskautinu og fara í gegnum rafvökvann að neikvæða rafskautinu. Á þennan hátt endurnýjar neikvæða rafskautið rafeindir og geymir litíumjónir.

2. Við útskrift fara rafeindirnar aftur til jákvæðu rafskautsins í gegnum ytri hringrásina og litíumjónirnar eru einnig fjarlægðar úr neikvæða rafskautsefninu, sem losar geymda raforku í ferlinu og færist aftur til jákvæðu rafskautsins í gegnum raflausnina og rafeindirnar eru sameinaðar til að taka þátt í afoxunarviðbrögðunum til að endurheimta uppbyggingu litíumefnasambandsins.

3. Í ferli hleðslu og útskriftar er þetta í raun ferlið þar sem litíumjónir elta rafeindir, þar sem geymsla og losun raforku á sér stað.

Þróun litíumrafhlöður hefur gengið í gegnum mörg stig. Í byrjun áttunda áratugarins voru litíummálmrafhlöður fyrst kynntar til sögunnar, en vegna mikillar virkni og öryggismála litíummálms var notkunarsvið þeirra takmarkað. Í kjölfarið hafa litíumjónarafhlöður orðið aðaltækni, þar sem ómálmkennd litíumsambönd eru notuð sem jákvæð rafskautsefni til að leysa öryggisvandamál litíummálmrafhlöður. Á tíunda áratugnum komu litíumpólýmerrafhlöður fram, sem notuðu fjölliðugel sem rafvökva, sem bætti öryggi og orkuþéttleika rafhlöðu. Á undanförnum árum hefur einnig verið verið að þróa nýjar litíumrafhlöðutækni eins og litíum-brennisteinsrafhlöður og fastfasa litíumrafhlöður.

Eins og er eru litíumjónarafhlöður enn algengasta og þroskaðasta rafhlöðutæknin. Þær hafa mikla orkuþéttleika, langan líftíma og lága sjálfsafhleðsluhraða og eru mikið notaðar í farsímum, fartölvum, rafknúnum ökutækjum og öðrum sviðum. Þar að auki eru litíumpólýmerrafhlöður einnig mikið notaðar á sviðum eins og þunnum og léttum tækjum og þráðlausum heyrnartólum, vegna mikillar orkuþéttleika þeirra og þunnrar hönnunar.

Kína hefur náð miklum árangri á sviði litíumrafhlöðu. Kína er einn stærsti framleiðandi og neytandi litíumrafhlöðu í heimi. Litíumrafhlöðuiðnaðarkeðjan í Kína er fullkomin, allt frá innkaupum á hráefnum til framleiðslu rafhlöðu hefur ákveðið umfang og tæknilegan styrk. Litíumrafhlöðufyrirtæki í Kína hafa náð miklum árangri í tæknirannsóknum og þróun, framleiðslugetu og markaðshlutdeild. Að auki hefur kínverska ríkisstjórnin einnig kynnt röð stuðningsstefnu til að hvetja til þróunar og nýsköpunar í litíumrafhlöðuiðnaðinum. Litíumrafhlöður hafa orðið mikilvæg orkulausn á sviðum eins og rafeindatækjum og rafmagnsbílum.