Ang Lithium ion na baterya ay nagsisimulang magmadali, papalapit sa power battery

Noong 1800, naimbento ni Alessandro Volta, isang Italyano na pisiko, ang Volta stack, ang unang baterya sa kasaysayan ng tao. Ang unang baterya ay gawa sa zinc (anode) at tanso (cathode) na mga sheet at papel na ibinabad sa tubig na asin (electrolyte), na nagpapakita ng artipisyal na posibilidad ng kuryente.

Simula noon, bilang isang aparato na maaaring magbigay ng tuluy-tuloy at matatag na kasalukuyang, ang mga baterya ay nakaranas ng higit sa 200 taon ng pag-unlad at patuloy na nakakatugon sa pangangailangan ng mga tao para sa nababaluktot na paggamit ng kuryente.

Sa nakalipas na mga taon, sa malaking pangangailangan para sa nababagong enerhiya at pagtaas ng pag-aalala tungkol sa polusyon sa kapaligiran, ang mga pangalawang baterya (o mga baterya) na maaaring mag-convert ng iba pang anyo ng enerhiya sa elektrikal na enerhiya at mag-imbak nito sa anyo ng enerhiyang kemikal ay patuloy na nagdadala ng mga pagbabago sa enerhiya. sistema.

Ang pagbuo ng baterya ng lithium ay nagpapakita ng pag-unlad ng lipunan mula sa ibang aspeto. Sa katunayan, ang mabilis na pag-unlad ng mga mobile phone, computer, camera at mga de-koryenteng sasakyan ay batay sa kapanahunan ng teknolohiya ng baterya ng lithium.

Chen Gen. Malapit na ang pagsilang at pagkabalisa ng lithium battery

Ang pagsilang ng baterya ng lithium

Ang baterya ay may positibo at negatibong mga poste. Ang positibong poste, na kilala rin bilang ang katod, ay karaniwang gawa sa mas matatag na mga materyales, habang ang negatibong poste, na kilala rin bilang anode, ay kadalasang gawa sa "highly active" na mga metal na materyales. Ang positibo at negatibong mga pole ay pinaghihiwalay ng electrolyte at nakaimbak sa anyo ng enerhiya ng kemikal.

Ang kemikal na reaksyon sa pagitan ng dalawang pole ay gumagawa ng mga ions at electron. Ang mga ion at electron na ito ay gumagalaw sa baterya, pinipilit ang mga electron na lumipat palabas, na bumubuo ng isang cycle at bumubuo ng kuryente.

Noong 1970s, ang krisis sa langis sa Estados Unidos, kasama ang bagong pangangailangan ng kuryente sa militar, abyasyon, medisina at iba pang larangan, ay nagpasigla sa paghahanap ng mga rechargeable na baterya upang mag-imbak ng nababagong malinis na enerhiya.

Sa lahat ng mga metal, ang lithium ay may napakababang tiyak na gravity at potensyal ng elektrod. Sa madaling salita, ang sistema ng baterya ng lithium ay maaaring makamit ang pinakamataas na density ng enerhiya sa teorya, kaya ang lithium ay ang natural na pagpipilian ng mga taga-disenyo ng baterya.

Gayunpaman, ang lithium ay lubos na reaktibo at maaaring masunog at sumabog kapag nalantad sa tubig o hangin. Samakatuwid, ang pagpapaamo ng lithium ay naging susi sa pagbuo ng baterya. Bilang karagdagan, ang lithium ay madaling tumugon sa tubig sa temperatura ng silid. Kung ang metal na lithium ay gagamitin sa mga sistema ng baterya, mahalagang ipasok ang mga di-may tubig na electrolyte.

Noong 1958, iminungkahi ni Harris na gamitin ang organic electrolyte bilang electrolyte ng metal na baterya. Noong 1962, ang Lockheed Mission at SpaceCo. Chilton Jr. ng U.S. military And Cook ang ideya ng "lithium non-aqueous electrolyte system".

Nagdisenyo sina Chilton at Cook ng bagong uri ng baterya, na gumagamit ng lithium metal bilang cathode, Ag, Cu, Ni halides bilang cathode, at low melting point na metal salt lic1-AlCl3 na natunaw sa propylene carbonate bilang electrolyte. Bagama't ang problema ng baterya ay ginagawa itong manatili sa konsepto sa halip na komersyal na pagiging posible, ang gawain nina Chilton at Cook ay ang simula ng pananaliksik sa baterya ng lithium.

Noong 1970, ang Panasonic Electric Co. ng Japan at ang militar ng US ay nakapag-iisa na nag-synthesize ng isang bagong materyal na cathode - carbon fluoride halos sa parehong oras. Ang crystalline carbon fluoride na may molecular expression ng (CFx) N (0.5 ≤ x ≤ 1) ay matagumpay na inihanda ng Panasonic Electric Co., Ltd. at ginamit bilang anode ng lithium battery. Ang pag-imbento ng baterya ng lithium fluoride ay isang mahalagang hakbang sa kasaysayan ng pagbuo ng baterya ng lithium. Ito ang unang pagkakataon na ipakilala ang "embedded compound" sa disenyo ng lithium battery.

Gayunpaman, upang mapagtanto ang nababaligtad na singil at paglabas ng baterya ng lithium, ang susi ay ang reversibility ng kemikal na reaksyon. Noong panahong iyon, karamihan sa mga hindi rechargeable na baterya ay gumagamit ng lithium anodes at mga organic na electrolyte. Upang mapagtanto ang mga rechargeable na baterya, sinimulan ng mga siyentipiko na pag-aralan ang nababaligtad na pagpasok ng mga lithium ions sa positibong elektrod ng layered transition metal sulfide.

Nalaman ni Stanley Whittingham ng ExxonMobil na ang intercalation chemical reaction ay masusukat sa pamamagitan ng paggamit ng layered TiS2 bilang cathode material, at ang discharge product ay LiTiS2.

Noong 1976, ang baterya na binuo ni Whittingham ay nakamit ang mahusay na paunang kahusayan. Gayunpaman, pagkatapos ng paulit-ulit na pag-charge at pag-discharge nang maraming beses, nabuo ang mga lithium dendrite sa baterya. Ang mga dendrite ay lumago mula sa negatibong poste patungo sa positibong poste, na bumubuo ng isang maikling circuit, na naging sanhi ng panganib ng pag-aapoy ng electrolyte at sa huli ay nabigo.

Noong 1989, dahil sa aksidente sa sunog ng mga pangalawang baterya ng lithium/molybdenum, karamihan sa mga kumpanya maliban sa ilan ay umatras mula sa pagbuo ng mga pangalawang baterya ng lithium metal. Ang pagbuo ng mga pangalawang baterya ng lithium metal ay karaniwang itinigil dahil ang problema sa kaligtasan ay hindi malulutas.

Dahil sa hindi magandang epekto ng iba't ibang mga pagbabago, ang pananaliksik sa lithium metal pangalawang baterya ay hindi gumagalaw. Sa wakas, ang mga mananaliksik ay pumili ng isang radikal na solusyon: isang rocking chair na baterya na may mga naka-embed na compound bilang positibo at negatibong mga poste ng mga pangalawang baterya ng lithium metal.

Noong 1980s, pinag-aralan ni Goodnow ang istraktura ng layered lithium cobalate at lithium nickel oxide cathode na materyales sa Oxford University, England. Sa wakas, napagtanto ng mga mananaliksik na higit sa kalahati ng lithium ay maaaring alisin mula sa materyal na katod nang baligtad. Ang resultang ito sa wakas ay humantong sa pagsilang ng The.

Noong 1991, inilunsad ng SONY Company ang unang komersyal na baterya ng lithium (anode graphite, cathode lithium compound, electrode liquid lithium salt na natunaw sa organic solvent). Dahil sa mga katangian ng mataas na density ng enerhiya at iba't ibang mga pormulasyon na maaaring umangkop sa iba't ibang mga kapaligiran sa paggamit, ang mga baterya ng lithium ay na-komersyal at malawakang ginagamit sa merkado.