Ličio jonų akumuliatorius pradeda skubėti iki galo, artėja prie maitinimo akumuliatoriaus

1800 m. italų fizikas Alessandro Volta išrado „Volta“ kaminą – pirmąją žmonijos istorijoje bateriją. Pirmoji baterija buvo pagaminta iš cinko (anodo) ir vario (katodo) lakštų bei sūriame vandenyje (elektrolite) suvilgyto popieriaus, demonstruojant dirbtinę elektros galimybę.

Nuo tada baterijos, kaip prietaisas, galintis tiekti nuolatinę ir stabilią srovę, buvo kuriamos daugiau nei 200 metų ir toliau tenkina žmonių poreikį lanksčiai naudoti elektros energiją.

Pastaraisiais metais, didėjant atsinaujinančios energijos poreikiui ir didėjant susirūpinimui dėl aplinkos taršos, antrinės baterijos (arba baterijos), galinčios kitų rūšių energiją paversti elektros energija ir kaupti ją cheminės energijos pavidalu, ir toliau keičia energiją. sistema.

Ličio baterijos plėtra parodo visuomenės pažangą kitu aspektu. Tiesą sakant, sparti mobiliųjų telefonų, kompiuterių, fotoaparatų ir elektrinių transporto priemonių plėtra pagrįsta ličio baterijų technologijos branda.

Chen Gen. Artėja ličio baterijos gimimas ir nerimas

Ličio baterijos gimimas

Akumuliatorius turi teigiamus ir neigiamus polius. Teigiamas polius, taip pat žinomas kaip katodas, paprastai yra pagamintas iš stabilesnių medžiagų, o neigiamas polius, taip pat žinomas kaip anodas, paprastai yra pagamintas iš „labai aktyvių“ metalinių medžiagų. Teigiami ir neigiami poliai yra atskirti elektrolitu ir kaupiami cheminės energijos pavidalu.

Dėl cheminės reakcijos tarp dviejų polių susidaro jonai ir elektronai. Šie jonai ir elektronai juda akumuliatoriuje, priversdami elektronus judėti į išorę, sudarydami ciklą ir generuodami elektrą.

Aštuntajame dešimtmetyje naftos krizė Jungtinėse Valstijose kartu su nauju energijos poreikiu karinėse, aviacijos, medicinos ir kitose srityse paskatino ieškoti įkraunamų baterijų atsinaujinančios švarios energijos kaupimui.

Iš visų metalų ličio savitasis sunkumas ir elektrodo potencialas yra labai mažas. Kitaip tariant, ličio baterijų sistema teoriškai gali pasiekti maksimalų energijos tankį, todėl litis yra natūralus baterijų dizainerių pasirinkimas.

Tačiau litis yra labai reaktyvus ir gali degti bei sprogti, kai yra veikiamas vandens ar oro. Todėl ličio sutramdymas tapo raktu kuriant akumuliatorių. Be to, ličio gali lengvai reaguoti su vandeniu kambario temperatūroje. Jei baterijų sistemose bus naudojamas metalinis litis, būtina įvesti nevandeninių elektrolitų.

1958 m. Harrisas pasiūlė naudoti organinį elektrolitą kaip metalinės baterijos elektrolitą. 1962 m. „Lockheed Mission“ ir „SpaceCo. Chiltonas jaunesnysis iš JAV kariuomenės ir Cookas iškėlė „ličio nevandeninės elektrolitų sistemos“ idėją.

Chiltonas ir Cookas sukūrė naujo tipo akumuliatorių, kuriame kaip katodas naudojamas ličio metalas, katodas – Ag, Cu, Ni halogenidai, o kaip elektrolitas – žemos lydymosi temperatūros metalo druska lic1-AlCl3, ištirpinta propileno karbonate. Nors dėl akumuliatoriaus problemos ji išlieka koncepcijoje, o ne komercinė, Chiltono ir Cooko darbas yra ličio baterijų tyrimų pradžia.

1970 m. Japonijos Panasonic Electric Co ir JAV kariuomenė beveik tuo pačiu metu savarankiškai susintetino naują katodo medžiagą – anglies fluoridą. Panasonic Electric Co., Ltd. sėkmingai paruošė kristalinį anglies fluoridą, kurio molekulinė išraiška yra (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1), ir naudojo kaip ličio baterijos anodą. Ličio fluorido baterijos išradimas yra svarbus žingsnis ličio baterijų kūrimo istorijoje. Tai pirmas kartas, kai į ličio baterijų dizainą įtraukiamas „įdėtasis junginys“.

Tačiau norint realizuoti grįžtamąjį ličio akumuliatoriaus įkrovimą ir iškrovimą, svarbiausia yra cheminės reakcijos grįžtamumas. Tuo metu daugumoje neįkraunamų baterijų buvo naudojami ličio anodai ir organiniai elektrolitai. Siekdami realizuoti įkraunamas baterijas, mokslininkai pradėjo tirti grįžtamąjį ličio jonų įterpimą į teigiamą sluoksniuoto pereinamojo metalo sulfido elektrodą.

Stanley Whittingham iš ExxonMobil nustatė, kad interkalacijos cheminę reakciją galima išmatuoti naudojant sluoksniuotą TiS2 kaip katodo medžiagą, o iškrovos produktas yra LiTiS2.

1976 m. Whittingham sukurta baterija pasiekė gerą pradinį efektyvumą. Tačiau po pakartotinio įkrovimo ir iškrovimo keletą kartų akumuliatoriuje susidarė ličio dendritai. Dendritai išaugo nuo neigiamo poliaus iki teigiamo poliaus, sudarydami trumpąjį jungimą, dėl kurio kilo pavojus užsidegti elektrolitui ir galiausiai sugedo.

1989 m. dėl ličio/molibdeno antrinių baterijų gaisro avarijos dauguma įmonių, išskyrus kelias, pasitraukė iš ličio metalo antrinių baterijų kūrimo. Ličio metalo antrinių baterijų kūrimas iš esmės buvo sustabdytas, nes nepavyko išspręsti saugos problemos.

Dėl prasto įvairių modifikacijų poveikio ličio metalo antrinės baterijos tyrimai sustojo. Galiausiai mokslininkai pasirinko radikalų sprendimą: supamosios kėdės bateriją su įterptais junginiais kaip teigiamu ir neigiamu ličio metalo antrinių baterijų poliais.

Devintajame dešimtmetyje Goodnow tyrinėjo sluoksniuotų ličio kobalato ir ličio nikelio oksido katodo medžiagų struktūrą Oksfordo universitete, Anglijoje. Galiausiai mokslininkai suprato, kad daugiau nei pusė ličio gali būti pašalinta iš katodo medžiagos grįžtamai. Šis rezultatas galiausiai paskatino The gimimą.

1991 m. SONY kompanija išleido pirmąją komercinę ličio bateriją (anodo grafito, katodo ličio junginio, elektrodo skystos ličio druskos, ištirpintos organiniame tirpiklyje). Dėl didelio energijos tankio ypatybių ir skirtingų formulių, kurios gali prisitaikyti prie skirtingos naudojimo aplinkos, ličio baterijos buvo parduodamos ir plačiai naudojamos rinkoje.