Litij-ionska baterija začne hiteti do konca in se približuje napajalni bateriji

Leta 1800 je Alessandro Volta, italijanski fizik, izumil Voltovo baterijo, prvo baterijo v človeški zgodovini. Prva baterija je bila izdelana iz cinkove (anoda) in bakrene (katoda) pločevine ter papirja, namočenega v slano vodo (elektrolit), kar je dokazovalo umetno možnost elektrike.

Od takrat so baterije kot naprava, ki lahko zagotavlja stalen in stabilen tok, doživele več kot 200 let razvoja in še naprej izpolnjujejo zahteve ljudi po prilagodljivi rabi električne energije.

V zadnjih letih z velikim povpraševanjem po obnovljivih virih energije in vse večjo zaskrbljenostjo zaradi onesnaževanja okolja sekundarne baterije (ali baterije), ki lahko pretvorijo druge oblike energije v električno energijo in jo shranijo v obliki kemične energije, še naprej prinašajo spremembe v energijo. sistem.

Razvoj litijeve baterije kaže napredek družbe še z drugega vidika. Pravzaprav hiter razvoj mobilnih telefonov, računalnikov, kamer in električnih vozil temelji na zrelosti tehnologije litijevih baterij.

Chen Gen. Rojstvo in tesnoba litijeve baterije se približujeta

Rojstvo litijeve baterije

Baterija ima pozitivni in negativni pol. Pozitivni pol, znan tudi kot katoda, je običajno izdelan iz bolj stabilnih materialov, medtem ko je negativni pol, znan tudi kot anoda, običajno izdelan iz "visoko aktivnih" kovinskih materialov. Pozitivni in negativni pol sta ločena z elektrolitom in shranjena v obliki kemične energije.

Kemična reakcija med obema poloma proizvaja ione in elektrone. Ti ioni in elektroni se premikajo v bateriji, silijo elektrone, da se premikajo navzven, tvorijo cikel in proizvajajo elektriko.

V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je naftna kriza v Združenih državah skupaj z novim povpraševanjem po energiji v vojski, letalstvu, medicini in na drugih področjih spodbudila iskanje polnilnih baterij za shranjevanje obnovljive čiste energije.

Od vseh kovin ima litij zelo nizko specifično težo in elektrodni potencial. Z drugimi besedami, sistem litijeve baterije lahko teoretično doseže največjo energijsko gostoto, zato je litij naravna izbira oblikovalcev baterij.

Vendar je litij zelo reaktiven in lahko gori in eksplodira, če je izpostavljen vodi ali zraku. Zato je krotenje litija postalo ključ do razvoja baterij. Poleg tega lahko litij zlahka reagira z vodo pri sobni temperaturi. Če naj bi se v baterijskih sistemih uporabljal kovinski litij, je nujno treba uvesti nevodne elektrolite.

Leta 1958 je Harris predlagal uporabo organskega elektrolita kot elektrolita kovinske baterije. Leta 1962 sta Lockheed Mission in SpaceCo. Chilton Jr. iz ameriške vojske in Cook sta predstavila idejo o "sistemu litijevega nevodnega elektrolita".

Chilton in Cook sta zasnovala novo vrsto baterije, ki uporablja kovinski litij kot katodo, Ag, Cu, Ni halide kot katodo in kovinsko sol z nizkim tališčem lic1-AlCl3, raztopljeno v propilen karbonatu kot elektrolit. Čeprav zaradi težave z baterijo ostaja le v konceptu in ne v komercialni izvedljivosti, je delo Chiltona in Cooka začetek raziskav litijevih baterij.

Leta 1970 sta japonska družba Panasonic Electric Co. in ameriška vojska skoraj istočasno neodvisno sintetizirala nov katodni material - ogljikov fluorid. Panasonic Electric Co., Ltd. je uspešno pripravil kristalni ogljikov fluorid z molekularnim izrazom (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) in ga uporabil kot anodo litijeve baterije. Izum litijeve fluoridne baterije je pomemben korak v zgodovini razvoja litijevih baterij. To je prvič uvedba "vgrajene spojine" v zasnovo litijeve baterije.

Vendar pa je za uresničitev reverzibilnega polnjenja in praznjenja litijeve baterije ključna reverzibilnost kemične reakcije. Takrat je večina baterij brez možnosti polnjenja uporabljala litijeve anode in organske elektrolite. Da bi uresničili baterije za ponovno polnjenje, so znanstveniki začeli preučevati reverzibilno vstavljanje litijevih ionov v pozitivno elektrodo plastnega sulfida prehodne kovine.

Stanley Whittingham iz ExxonMobila je ugotovil, da je interkalacijsko kemično reakcijo mogoče izmeriti z uporabo večplastnega TiS2 kot katodnega materiala, produkt praznjenja pa je LiTiS2.

Leta 1976 je baterija, ki jo je razvil Whittingham, dosegla dobro začetno učinkovitost. Vendar pa so po večkratnem polnjenju in praznjenju v bateriji nastali litijevi dendriti. Dendriti so rasli od negativnega do pozitivnega pola in tvorili kratek stik, ki je povzročil nevarnost vžiga elektrolita in na koncu odpovedal.

Leta 1989 se je zaradi požarne nesreče litij/molibden sekundarnih baterij večina podjetij, razen nekaj, umaknila iz razvoja litijevih kovinskih sekundarnih baterij. Razvoj litijevih kovinskih sekundarnih baterij je bil v bistvu ustavljen, ker varnostnega problema ni bilo mogoče rešiti.

Zaradi slabega učinka različnih modifikacij so raziskave litij-kovinske sekundarne baterije stagnirale. Končno so raziskovalci izbrali radikalno rešitev: baterijo gugalnega stola z vgrajenimi spojinami kot pozitivnim in negativnim polom litijevih kovinskih sekundarnih baterij.

V osemdesetih letih 20. stoletja je Goodnow preučeval strukturo slojevitih katodnih materialov litijevega kobalata in litijevega nikljevega oksida na univerzi Oxford v Angliji. Končno so raziskovalci spoznali, da je več kot polovico litija mogoče reverzibilno odstraniti iz materiala katode. Ta rezultat je končno pripeljal do rojstva The.

Leta 1991 je podjetje SONY lansiralo prvo komercialno litijevo baterijo (anoda grafit, katoda litijeva spojina, elektroda tekoča litijeva sol, raztopljena v organskem topilu). Zaradi značilnosti visoke energijske gostote in različnih formulacij, ki se lahko prilagodijo različnim uporabniškim okoljem, so bile litijeve baterije komercializirane in široko uporabljene na trgu