Jaunās enerģijas stūrakmens: Izlasiet litija bateriju izstrādi un principu

Litija baterijas ir izplatīts uzlādējamu akumulatoru veids, kuru elektroķīmiskā reakcija balstās uz litija jonu migrāciju starp pozitīvo un negatīvo elektrodu. Litija baterijām ir tādas priekšrocības kā augsts enerģijas blīvums, ilgs kalpošanas laiks un zems pašizlādes ātrums, tāpēc tās tiek plaši izmantotas dažādās elektroniskās ierīcēs un elektriskajos transportlīdzekļos.

Litija akumulatoru darbības princips ir balstīts uz litija jonu migrāciju starp pozitīvo un negatīvo elektrodu. Uzlādes procesā litija joni tiek atbrīvoti no pozitīvā materiāla (parasti oksīda, piemēram, litija kobaltāta), iziet cauri elektrolītam un pēc tam tiek ievietoti negatīvajā materiālā (parasti oglekļa materiālā). Izlādes procesā litija joni tiek atdalīti no negatīvā materiāla un pārvietojas caur elektrolītu uz pozitīvo materiālu, radot strāvu un elektrisko enerģiju, kas darbina ārējo aprīkojumu.

Litija bateriju darbības principu var vienkāršot šādos soļos:

1. Uzlādes laikā litija akumulatora negatīvais elektrods absorbēs ārējos elektronus. Lai saglabātu elektrisko neitralitāti, pozitīvais elektrods būs spiests atbrīvot elektronus uz āru, un litija joni, kas ir zaudējuši elektronus, tiks piesaistīti negatīvajam elektrodam un caur elektrolītu pārvietosies uz negatīvo elektrodu. Tādā veidā negatīvais elektrods papildinās elektronus un uzglabās litija jonus.

2. Izlādes laikā elektroni caur ārējo ķēdi atgriežas pozitīvajā elektrodā, un litija joni tiek noņemti arī no negatīvā elektroda materiāla, atbrīvojot procesā uzkrāto elektrisko enerģiju un caur elektrolītu atgriežoties pozitīvajā elektrodā, un elektroni tiek apvienoti, lai piedalītos redukcijas reakcijā, atjaunojot litija savienojuma struktūru.

3. Uzlādes un izlādes procesā faktiski tas ir litija jonu process, kurā tie dzenas pakaļ elektroniem, un kura laikā tiek panākta elektroenerģijas uzglabāšana un atbrīvošana.

Litija bateriju attīstība ir piedzīvojusi vairākus posmus. Litija metāla baterijas pirmo reizi tika ieviestas 20. gs. 70. gadu sākumā, taču litija metāla augstās aktivitātes un drošības problēmu dēļ to pielietojuma joma bija ierobežota. Pēc tam litija jonu baterijas kļuva par galveno tehnoloģiju, kurā litija metāla bateriju drošības problēmu risināšanai kā pozitīvo elektrodu materiāli tiek izmantoti nemetāliski litija savienojumi. Deviņdesmitajos gados parādījās litija polimēru baterijas, kurās kā elektrolīti tika izmantoti polimēru želejas, uzlabojot bateriju drošību un enerģijas blīvumu. Pēdējos gados ir attīstījušās arī jaunas litija bateriju tehnoloģijas, piemēram, litija-sēra baterijas un cietvielu litija baterijas.

Pašlaik litija jonu akumulatori joprojām ir visbiežāk izmantotā un visnobriedušākā akumulatoru tehnoloģija. Tiem ir augsts enerģijas blīvums, ilgs cikla kalpošanas laiks un zems pašizlādes ātrums, un tos plaši izmanto mobilajos tālruņos, klēpjdatoros, elektriskajos transportlīdzekļos un citās jomās. Turklāt litija polimēru akumulatori tiek plaši izmantoti arī tādās jomās kā plānas un vieglas ierīces un bezvadu austiņas, pateicoties to augstajam enerģijas blīvumam un plānajām dizaina īpašībām.

Ķīna ir panākusi ievērojamu progresu litija akumulatoru jomā. Ķīna ir viena no pasaulē lielākajām litija akumulatoru ražotājām un patērētājām. Ķīnas litija akumulatoru nozares ķēde ir pilnīga, sākot no izejvielu iepirkuma līdz akumulatoru ražošanai, un tai ir noteikts mērogs un tehniskais potenciāls. Ķīnas litija akumulatoru uzņēmumi ir panākuši ievērojamu progresu tehnoloģiju pētniecībā un attīstībā, ražošanas jaudās un tirgus daļā. Turklāt Ķīnas valdība ir ieviesusi arī virkni atbalsta politikas pasākumu, lai veicinātu litija akumulatoru nozares attīstību un inovācijas. Litija akumulatori ir kļuvuši par nozīmīgu enerģijas risinājumu tādās jomās kā elektroniskās ierīces un elektriskie transportlīdzekļi.