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锂的神奇应用:创造绿色新能源

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:在锂元素的成长史上,曾有过几次小试身手的兴奋,而与电池的结缘,则使其完成了从“小众”到“大众”的华丽转身,成为最重要的应用领域,奠定了它在能源界的地位。此类以钴酸锂作为正极材料的电池,至今仍是便携电子器件的主要电源。夏普方面表示,此长寿锂离子电池实际充放电1万次之后,其性能依旧稳定。储能型锂电池主要是指使用于太阳能发电设备和风力发电设备以及可再生能源储蓄能源用的蓄电池。

锂的神奇应用:创造绿色新能源

在锂元素的成长史上,曾有过几次小试身手的兴奋,而与电池的结缘,则使其完成了从“小众”到“大众”的华丽转身,成为最重要的应用领域,奠定了它在能源界的地位。

1800年,意大利人伏打发明了世界上第一个电池,也就是伏打电堆。

1859年,法国人普兰特(G.Plante)发明了铅酸蓄电池,无论是交通通信电力,还是航海、航空领域,铅酸蓄电池都起到了不可缺少的重要作用。

1912年,Gilbert N.Lewis最早提出并研究锂金属电池。

20世纪70年代,M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。

1992年,日本索尼公司发明了以炭材料为负极,以含锂的化合物作正极的锂电池,它的产生引发了消费类电子产品领域的一场革新。此类以钴酸锂作为正极材料的电池,至今仍是便携电子器件的主要电源

1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸铁锂(LiFePO4)。钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂,分别是层状结构材料、橄榄石结构材料和尖晶石结构材料,它们是锂电正极三类材料的代表。相比传统的正极材料,磷酸铁锂更具安全性,尤其耐高温、耐过充电性能远超过传统锂离子电池材料。

2015年3月,日本夏普京都大学的田中功教授联手成功研发出了使用寿命可达70年之久的锂离子电池,体积为8立方厘米,充放电次数可达2.5万次。夏普方面表示,此长寿锂离子电池实际充放电1万次之后,其性能依旧稳定。(www.xing528.com)

现实生活中,人们容易混淆锂电池和锂离子电池的概念。锂电池大致可分为两类:锂金属电池,常见的如纽扣电池,它一般使用二氧化锰为正极材料,金属锂或其合金金属为负极材料,使用非水电解质溶液,通常是不可充电的“一次电池”;锂离子电池,也就是大家通常所说的锂电池,它一般使用锂合金金属氧化物为正极材料,石墨为负极材料,使用非水电解质溶液,是可反复充电的“二次电池”。锂金属电池中锂元素以金属形态存在于电池内,锂离子电池中锂元素以锂离子(通常是锂盐)形态存在于电池内。

锂离子电池是当前最符合新能源应用发展趋势的储能技术,相对于传统可充电的二次铅酸电池、镍镉电池镍氢电池而言,锂离子电池具有电压高、比能量高、比功率高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、对环境友好等特点。

自上世纪90年代以来,锂离子电池作为性能卓越的绿色高能电池,一直在不断发展,已成功应用到移动电话、摄像机数码相机笔记本电脑、电动车、新能源汽车、航天航空等众多民用领域,在军事、储能、微型机电系统和其他微型器件等方面也有广泛应用,是高新技术发展的重点之一。

锂离子电池从使用上来说,大致可分为动力型锂电池、消费型锂电池、储能型锂电池三类。动力型锂电池即为交通等工具提供动力来源的电源,多指为电动自行车电动汽车、电动列车提供动力的蓄电池。消费型锂电池主要针对消费类电子产品而言,如手机平板、笔记本电脑等。储能型锂电池主要是指使用于太阳能发电设备和风力发电设备以及可再生能源储蓄能源用的蓄电池。

(锂离子电池应用领域)

当前锂离子电池的发展正处于瓶颈期,能量密度接近其物理极限,需要新的材料或者技术去突破。业界普遍认为,以下10种新材料:硅碳复合负极材料、石墨烯、碳纳米管、富锂锰基正极材料、镍钴锰酸锂三元材料、涂覆隔膜、陶瓷氧化铝、高电压电解液、水性粘结剂、固态电解液,或将成为打破锂电池障碍的突破口。

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