Lítium-iónová batéria sa začne rútiť až do konca a blíži sa k batérii

V roku 1800 taliansky fyzik Alessandro Volta vynašiel zásobník Volta, prvú batériu v histórii ľudstva. Prvá batéria bola vyrobená zo zinkových (anódových) a medených (katódových) plechov a papiera namočeného v slanej vode (elektrolyte), čo demonštrovalo umelú možnosť elektriny.

Odvtedy batérie ako zariadenie, ktoré dokáže poskytnúť nepretržitý a stabilný prúd, prešli viac ako 200-ročným vývojom a naďalej spĺňajú požiadavky ľudí na flexibilné využívanie elektriny.

V posledných rokoch, s obrovským dopytom po obnoviteľnej energii a rastúcimi obavami zo znečistenia životného prostredia, sekundárne batérie (alebo batérie), ktoré dokážu premieňať iné formy energie na elektrickú energiu a ukladať ju vo forme chemickej energie, naďalej prinášajú zmeny v energetike. systém.

Vývoj lítiovej batérie ukazuje pokrok spoločnosti z iného aspektu. Rýchly vývoj mobilných telefónov, počítačov, fotoaparátov a elektrických vozidiel je v skutočnosti založený na vyspelosti technológie lítiových batérií.

Chen Gen. Narodenie a úzkosť lítiovej batérie sa blíži

Zrod lítiovej batérie

Batéria má kladný a záporný pól. Kladný pól, tiež známy ako katóda, je zvyčajne vyrobený zo stabilnejších materiálov, zatiaľ čo negatívny pól, tiež známy ako anóda, je zvyčajne vyrobený z "vysoko aktívnych" kovových materiálov. Kladné a záporné póly sú oddelené elektrolytom a uložené vo forme chemickej energie.

Chemickou reakciou medzi týmito dvoma pólmi vznikajú ióny a elektróny. Tieto ióny a elektróny sa pohybujú v batérii, nútia elektróny pohybovať sa smerom von, vytvárajúc cyklus a generujú elektrinu.

V sedemdesiatych rokoch minulého storočia ropná kríza v Spojených štátoch spolu s novým dopytom po energii v armáde, letectve, medicíne a iných oblastiach podnietili hľadanie dobíjateľných batérií na uskladnenie obnoviteľnej čistej energie.

Lítium má zo všetkých kovov veľmi nízku špecifickú hmotnosť a elektródový potenciál. Inými slovami, systém lítiových batérií môže teoreticky dosiahnuť maximálnu hustotu energie, takže lítium je prirodzenou voľbou dizajnérov batérií.

Lítium je však vysoko reaktívne a môže horieť a explodovať, keď je vystavené vode alebo vzduchu. Skrotenie lítia sa preto stalo kľúčom k vývoju batérií. Lítium navyše môže pri izbovej teplote ľahko reagovať s vodou. Ak sa má kovové lítium používať v batériových systémoch, je nevyhnutné zaviesť nevodné elektrolyty.

V roku 1958 Harris navrhol použiť organický elektrolyt ako elektrolyt kovovej batérie. V roku 1962, Lockheed Mission a SpaceCo. Chilton Jr. z americkej armády And Cook predložil myšlienku „lítiového bezvodého elektrolytového systému“.

Chilton and Cook navrhli nový typ batérie, ktorý používa lítium ako katódu, Ag, Cu, Ni halogenidy ako katódu a kovovú soľ lic1-AlCl3 s nízkou teplotou topenia rozpustenú v propylénkarbonáte ako elektrolyt. Hoci problém s batériou spôsobuje, že zostáva v koncepte a nie v komerčnej realizovateľnosti, práca Chiltona a Cooka je začiatkom výskumu lítiových batérií.

V roku 1970 japonská spoločnosť Panasonic Electric Co. a americká armáda nezávisle syntetizovali nový katódový materiál - fluorid uhlíka takmer súčasne. Kryštalický fluorid uhlíka s molekulárnou expresiou (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) úspešne pripravila spoločnosť Panasonic Electric Co., Ltd. a použila ho ako anódu lítiovej batérie. Vynález lítiumfluoridovej batérie je dôležitým krokom v histórii vývoja lítiových batérií. Toto je prvýkrát, čo sa do konštrukcie lítiovej batérie zavedie „vstavaná zlúčenina“.

Avšak, aby sa realizovalo reverzibilné nabíjanie a vybíjanie lítiovej batérie, kľúčom je reverzibilita chemickej reakcie. V tom čase väčšina nenabíjateľných batérií používala lítiové anódy a organické elektrolyty. Aby bolo možné realizovať nabíjateľné batérie, vedci začali študovať reverzibilné vkladanie lítiových iónov do kladnej elektródy vrstveného sulfidu prechodného kovu.

Stanley Whittingham z ExxonMobil zistil, že interkalačné chemické reakcie možno merať použitím vrstveného TiS2 ako katódového materiálu a produktom výboja je LiTiS2.

V roku 1976 dosiahla batéria vyvinutá Whittinghamom dobrú počiatočnú účinnosť. Po niekoľkonásobnom opakovanom nabití a vybití sa však v batérii vytvorili dendrity lítia. Dendrity rástli od záporného pólu k kladnému pólu a vytvorili skrat, ktorý spôsobil nebezpečenstvo vznietenia elektrolytu a nakoniec zlyhal.

V roku 1989 v dôsledku požiaru lítiových/molybdénových sekundárnych batérií väčšina spoločností okrem niekoľkých odstúpila od vývoja lítiových kovových sekundárnych batérií. Vývoj lítiových kovových sekundárnych batérií bol v podstate zastavený, pretože sa nepodarilo vyriešiť bezpečnostný problém.

Kvôli slabému účinku rôznych modifikácií výskum lítiovej kovovej sekundárnej batérie stagnuje. Nakoniec vedci zvolili radikálne riešenie: batériu hojdacieho kresla so zabudovanými zlúčeninami ako kladným a záporným pólom sekundárnych lítiových kovových batérií.

V 80. rokoch 20. storočia Goodnow študoval štruktúru vrstvených katódových materiálov na báze kobalátu lítneho a oxidu lítneho a niklu na Oxfordskej univerzite v Anglicku. Nakoniec si vedci uvedomili, že viac ako polovicu lítia možno z materiálu katódy odstrániť reverzibilne. Tento výsledok nakoniec viedol k zrodu The.

V roku 1991 spoločnosť SONY uviedla na trh prvú komerčnú lítiovú batériu (anódový grafit, katódová lítiová zlúčenina, elektródová tekutá lítiová soľ rozpustená v organickom rozpúšťadle). Vďaka vlastnostiam vysokej hustoty energie a rôznym formuláciám, ktoré sa môžu prispôsobiť rôznym prostrediam použitia, boli lítiové batérie komerčne dostupné a široko používané na trhu.