2025-01-20
Литиевые батареи, несомненно, сыграли решающую роль в технологической волне XXI века. Они не только делают наши мобильные устройства портативными, но и способствуют росту популярности электромобилей и накопителей возобновляемой энергии, закладывая краеугольный камень для беспроводного общества, свободного от ископаемого топлива. В этой статье мы подробно рассмотрим принцип работы литиевых батарей, их типы, области применения и будущее развитие.литиевая батарея
Принцип работы литиевой батареи
Принцип работы литиевых батарей основан на перемещении ионов лития между положительным и отрицательным электродами, этот процесс также известен как механизм «кресла-качалки». В процессе зарядки ионы лития (Li+) на положительном электроде отделяются от материала положительного электрода и попадают в электролит, а затем движутся к отрицательному электроду под действием дополнительного внешнего электрического поля зарядного устройства, и, наконец, образуют соединение на отрицательном электроде. При разряде электроны и ионы лития действуют одновременно, но по разным путям: электроны движутся от отрицательного электрода к положительному через внешнюю цепь, а ионы лития попадают в электролит от отрицательного электрода, пересекают мембрану и возвращаются к положительному электроду. Этот процесс позволяет накапливать и отдавать электрическую энергию.
Компоненты литиевой батареи включают положительный электрод, отрицательный электрод, диафрагму, органический электролит и корпус батареи. Положительным материалом, как правило, является марганец лития, кобальтат лития или марганец никель-кобальт лития и т.д.; отрицательным материалом в основном является графит или графитоподобная структура углерода; диафрагма представляет собой полимерную пленку, позволяющую ионам лития проходить через электроны; электролит растворен в растворителе гексафторфосфата карбоната лития.
Типы литиевых аккумуляторов
В зависимости от структуры и материалов, литиевые батареи можно разделить на различные типы, в основном включающие цилиндрические литиевые батареи, квадратные литиевые батареи, полимерные литий-ионные батареи и картриджные литиевые батареи. Цилиндрические литиевые батареи обладают высокой прочностью и виброустойчивостью, и подходят для высоконагруженных случаев; квадратные литиевые батареи широко используются в электроинструментах, ИБП и станциях хранения энергии и других продуктах; полимерные литий-ионные батареи ультратонкие, ультралегкие, и широко используются в мобильных телефонах, планшетных ПК и других небольших портативных устройствах; всплывающие литиевые батареи маленькие и тонкие, и подходят для умных часов и других небольших электронных устройств.
По материалу изготовления литиевые батареи можно разделить на литиево-кобальтовые кислотные батареи, литиевые батареи из тройного материала, литиевожелезофосфатные батареи и литиево-марганцевые кислотные батареи. Литий-кобальтовая кислотная батарея имеет преимущества большой емкости и стабильной производительности, но цена выше и менее экологична; литиевые батареи из тройного материала состоят из лития, никеля, кобальта и других элементов, имеют высокую плотность энергии, высокую емкость, низкое внутреннее сопротивление и т.д.; литиевые железофосфатные батареи имеют низкую себестоимость и высокую безопасность, они широко используются в троллейбусах и промышленных приложениях; литиевые марганцево-кислотные батареи имеют высокую безопасность и высокую производительность разряда, они широко используются в электромобилях и цифровых камерах. Манганатно-литиевые батареи обладают высокой безопасностью и высокими показателями разряда и широко используются в электромобилях и цифровых камерах.
Применение литиевых батарей
Широкое применение литиевых батарей полностью изменило нашу жизнь. От мобильных телефонов до ноутбуков, от электромобилей до электростанций для хранения энергии – литиевые батареи повсюду. Они не только делают электронные устройства более портативными, но и способствуют росту популярности электромобилей, что вносит большой вклад в сокращение выбросов углекислого газа и защиту окружающей среды. Кроме того, литиевые батареи играют важную роль в хранении энергии возобновляемых источников, оказывая мощную поддержку использованию солнечной и ветровой энергии и других чистых источников энергии.
Будущее развитие литиевых батарей
Несмотря на то что литиевые батареи достигли больших успехов, их развитие по-прежнему сталкивается с множеством проблем. Во-первых, плотность энергии существующей системы литиевых батарей постепенно приближается к своим теоретическим пределам, необходимо разрабатывать новые материалы, новые технологии для повышения плотности энергии. Во-вторых, безопасность литиевых батарей все еще нуждается в дальнейшем улучшении, особенно в электромобилях и крупномасштабных электростанциях для хранения энергии, вопрос безопасности особенно важен. Кроме того, с усилением рыночной конкуренции стоимость литиевых батарей также должна быть снижена, чтобы удовлетворить потребности более широкого круга приложений.
В будущем развитие технологии литиевых батарей будет в основном сосредоточено на инновациях материалов, инновациях емкости, структурных инновациях и инновациях электролита. Твердотельная литиевая батарея как новое поколение технологии литиевых батарей, с высокой плотностью энергии, хорошей безопасностью и другими преимуществами, но все еще находится на ранней стадии индустриализации, необходимость преодоления внутреннего сопротивления высока, ионная проводимость фазы тела электролита низкая и другие технические трудности. Кроме того, металлический литий, как конечный материал для создания батарей с высокой удельной энергией, при его применении также сталкивается с проблемами безопасности, такими как рост дендритов, что требует постоянных усилий со стороны ученых.
Заключение
Важность литиевых батарей, являющихся краеугольным камнем современной мобильной жизни, очевидна. Начиная с принципа работы, видов применения и заканчивая будущим развитием, литиевые батареи демонстрируют огромный потенциал и ценность. Благодаря научно-техническому прогрессу и развитию рынка у нас есть основания полагать, что в будущем литиевые батареи будут вносить все больший вклад в устойчивое развитие человеческого общества. В то же время мы ожидаем, что ученые продолжат преодолевать технические узкие места и способствовать непрерывному прогрессу и инновациям в технологии литиевых батарей.
