אבן הפינה של אנרגיה חדשה: קראו את הפיתוח והעקרון של סוללות ליתיום

סוללות ליתיום הן סוג נפוץ של סוללות נטענות שתגובתן האלקטרוכימית מבוססת על נדידת יוני ליתיום בין האלקטרודות החיוביות והשליליות. לסוללות ליתיום יתרונות של צפיפות אנרגיה גבוהה, אורך חיים ארוך וקצב פריקה עצמית נמוך, ולכן הן נמצאות בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים שונים ובכלי רכב חשמליים.

עקרון הפעולה של סוללות ליתיום מבוסס על נדידת יוני ליתיום בין האלקטרודות החיוביות והשליליות. במהלך תהליך הטעינה, יוני ליתיום משתחררים מהחומר החיובי (בדרך כלל תחמוצת כמו ליתיום קובלט), עוברים דרך האלקטרוליט, ולאחר מכן מוכנסים לחומר השלילי (בדרך כלל חומר פחמן). במהלך תהליך הפריקה, יוני ליתיום מופרדים מהחומר השלילי ועוברים דרך האלקטרוליט לחומר החיובי, ומייצרים זרם ואנרגיה חשמלית, המניעים את הציוד החיצוני לפעול.

ניתן לפשט את עקרון הפעולה של סוללות ליתיום לשלבים הבאים:

1. במהלך תהליך הטעינה, האלקטרודה השלילית של סוללת הליתיום תספוג אלקטרונים חיצוניים. על מנת להישאר ניטרלית חשמלית, האלקטרודה החיובית תיאלץ לשחרר אלקטרונים החוצה, ויוני הליתיום שאיבדו אלקטרונים יימשכו לאלקטרודה השלילית וינועו דרך האלקטרוליט אל האלקטרודה השלילית. בדרך זו, האלקטרודה השלילית מחדשת אלקטרונים ואוגרת יוני ליתיום.

2. בעת הפריקה, האלקטרונים חוזרים לאלקטרודה החיובית דרך המעגל החיצוני, ויוני הליתיום מוסרים גם הם מחומר האלקטרודה השלילית, משחררים את האנרגיה החשמלית המאוחסנת בתהליך, ועוברים חזרה לאלקטרודה החיובית דרך האלקטרוליט, והאלקטרונים משולבים כדי להשתתף בתגובת החיזור כדי לשחזר את מבנה תרכובת הליתיום.

3. בתהליך הטעינה והפריקה, למעשה, זהו תהליך של רודפים אחר אלקטרונים על ידי יוני ליתיום, שבמהלכו מושגת אגירה ושחרור של אנרגיה חשמלית.

פיתוח סוללות ליתיום עבר מספר שלבים. בתחילת שנות ה-70 הוצגו לראשונה סוללות ליתיום-מתכת, אך עקב הפעילות הגבוהה ובעיות הבטיחות של סוללות ליתיום-מתכת, היקף היישום שלהן הוגבל. לאחר מכן, סוללות ליתיום-יון הפכו לטכנולוגיה המרכזית, המשתמשת בתרכובות ליתיום לא-מתכתיות כחומרי אלקטרודה חיוביים כדי לפתור את בעיית הבטיחות של סוללות ליתיום-מתכת. בשנות ה-90 הופיעו סוללות ליתיום-פולימר, המשתמשות בג'לים פולימריים כאלקטרוליטים, מה שמשפר את הבטיחות וצפיפות האנרגיה של הסוללות. בשנים האחרונות התפתחו גם טכנולוגיות חדשות של סוללות ליתיום כמו סוללות ליתיום-גופרית וסוללות ליתיום במצב מוצק.

כיום, סוללות ליתיום-יון הן עדיין טכנולוגיית הסוללות הנפוצה והבוגרת ביותר. יש להן צפיפות אנרגיה גבוהה, חיי מחזור ארוכים וקצב פריקה עצמית נמוך, והיא נמצאת בשימוש נרחב בטלפונים ניידים, מחשבים ניידים, כלי רכב חשמליים ותחומים אחרים. בנוסף, סוללות ליתיום-פולימר נמצאות בשימוש נרחב גם בתחומים כמו מכשירים דקים וקלים ואוזניות אלחוטיות, בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן ומאפייני העיצוב הדק שלהן.

סין עשתה התקדמות ניכרת בתחום סוללות הליתיום. סין היא אחת היצרניות והצרכניות הגדולות בעולם של סוללות ליתיום. שרשרת תעשיית סוללות הליתיום של סין שלמה, החל מרכישת חומרי גלם ועד לייצור סוללות, בעלת קנה מידה וחוזק טכני מסוימים. חברות סוללות הליתיום של סין עשו התקדמות משמעותית במחקר ופיתוח טכנולוגי, כושר ייצור ונתח שוק. בנוסף, ממשלת סין הציגה גם סדרה של מדיניות תמיכה לעידוד פיתוח וחדשנות של תעשיית סוללות הליתיום. סוללות ליתיום הפכו לפתרון אנרגיה מרכזי בתחומים כמו מכשירים אלקטרוניים וכלי רכב חשמליים.