De hoeksteen van nieuwe energie: lees meer over de ontwikkeling en het werkingsprincipe van lithiumbatterijen.

Lithiumbatterijen zijn een veelvoorkomend type oplaadbare batterij waarvan de elektrochemische reactie gebaseerd is op de migratie van lithiumionen tussen de positieve en negatieve elektroden. Lithiumbatterijen hebben als voordelen een hoge energiedichtheid, een lange levensduur en een lage zelfontlading, waardoor ze veelvuldig worden gebruikt in diverse elektronische apparaten en elektrische voertuigen.

Het werkingsprincipe van lithiumbatterijen is gebaseerd op de migratie van lithiumionen tussen de positieve en negatieve elektroden. Tijdens het laadproces komen lithiumionen vrij uit het positieve materiaal (meestal een oxide zoals lithiumkobaltaat), bewegen ze door de elektrolyt en worden ze vervolgens opgenomen in het negatieve materiaal (meestal een koolstofmateriaal). Tijdens het ontladen worden de lithiumionen gescheiden van het negatieve materiaal en bewegen ze door de elektrolyt naar het positieve materiaal, waarbij stroom en elektrische energie worden opgewekt die de externe apparatuur aandrijft.

Het werkingsprincipe van lithiumbatterijen kan worden vereenvoudigd tot de volgende stappen:

1. Tijdens het laadproces absorbeert de negatieve elektrode van de lithiumbatterij elektronen van buitenaf. Om elektrisch neutraal te blijven, moet de positieve elektrode elektronen afgeven aan de buitenwereld. De lithiumionen die elektronen hebben verloren, worden aangetrokken door de negatieve elektrode en bewegen via de elektrolyt naar de negatieve elektrode. Op deze manier vult de negatieve elektrode de elektronenvoorraad aan en slaat lithiumionen op.

2. Tijdens het ontladen keren de elektronen via het externe circuit terug naar de positieve elektrode. Tegelijkertijd worden de lithiumionen uit het materiaal van de negatieve elektrode verwijderd, waarbij de opgeslagen elektrische energie vrijkomt. De elektronen bewegen vervolgens via de elektrolyt terug naar de positieve elektrode en combineren zich om deel te nemen aan de reductiereactie, waardoor de structuur van de lithiumverbinding wordt hersteld.

3. Tijdens het laden en ontladen jagen lithiumionen elektronen achterna, waardoor elektrische energie wordt opgeslagen en vrijgegeven.

De ontwikkeling van lithiumbatterijen heeft verschillende fasen doorlopen. Begin jaren zeventig werden de eerste lithiummetaalbatterijen geïntroduceerd, maar vanwege de hoge activiteit en veiligheidsproblemen van lithiummetaal was hun toepassingsgebied beperkt. Vervolgens werden lithium-ionbatterijen de gangbare technologie. Deze batterijen gebruiken niet-metallische lithiumverbindingen als positieve elektrodematerialen om de veiligheidsproblemen van lithiummetaalbatterijen op te lossen. In de jaren negentig verschenen lithium-polymeerbatterijen, die polymeergels als elektrolyt gebruiken, waardoor de veiligheid en energiedichtheid van batterijen verbeterden. De laatste jaren zijn er ook nieuwe lithiumbatterijtechnologieën ontwikkeld, zoals lithium-zwavelbatterijen en solid-state lithiumbatterijen.

Lithium-ionbatterijen zijn momenteel nog steeds de meest gebruikte en meest vol成熟e batterijtechnologie. Ze hebben een hoge energiedichtheid, een lange levensduur en een lage zelfontlading en worden veel gebruikt in mobiele telefoons, laptops, elektrische voertuigen en andere toepassingen. Daarnaast worden lithium-polymeerbatterijen ook veel gebruikt in bijvoorbeeld dunne en lichte apparaten en draadloze koptelefoons, vanwege hun hoge energiedichtheid en slanke ontwerp.

China heeft opmerkelijke vooruitgang geboekt op het gebied van lithiumbatterijen. China is een van de grootste producenten en consumenten van lithiumbatterijen ter wereld. De Chinese lithiumbatterij-industrie is compleet en beschikt over een aanzienlijke schaal en technische expertise, van de inkoop van grondstoffen tot de productie van de batterijen. Chinese lithiumbatterijbedrijven hebben belangrijke vooruitgang geboekt op het gebied van technologisch onderzoek en ontwikkeling, productiecapaciteit en marktaandeel. Daarnaast heeft de Chinese overheid een reeks steunmaatregelen geïntroduceerd om de ontwikkeling en innovatie van de lithiumbatterij-industrie te stimuleren. Lithiumbatterijen zijn een belangrijke energieoplossing geworden voor onder andere elektronische apparaten en elektrische voertuigen.