Bateria litowo-jonowa zaczyna pędzić całą drogę, zbliżając się do baterii zasilającej

W 1800 roku Alessandro Volta, włoski fizyk, wynalazł stos Volta, pierwszą baterię w historii ludzkości. Pierwsza bateria była wykonana z blachy cynkowej (anoda) i miedzianej (katoda) oraz papieru nasączonego słoną wodą (elektrolitem), co demonstrowało sztuczną możliwość wytworzenia elektryczności.

Od tego czasu, jako urządzenie mogące zapewnić ciągły i stabilny prąd, akumulatory przeszły ponad 200 lat rozwoju i nadal odpowiadają na zapotrzebowanie ludzi na elastyczne wykorzystanie energii elektrycznej.

W ostatnich latach, wraz z ogromnym zapotrzebowaniem na energię odnawialną i rosnącymi obawami dotyczącymi zanieczyszczenia środowiska, baterie wtórne (lub baterie), które mogą przekształcać inne formy energii w energię elektryczną i magazynować ją w postaci energii chemicznej, w dalszym ciągu powodują zmiany w energii system.

Rozwój baterii litowych pokazuje postęp społeczeństwa z innego punktu widzenia. Tak naprawdę szybki rozwój telefonów komórkowych, komputerów, aparatów fotograficznych i pojazdów elektrycznych opiera się na dojrzałości technologii akumulatorów litowych.

Generał Chen. Zbliżają się narodziny i niepokój związany z baterią litową

Narodziny baterii litowej

Bateria ma bieguny dodatni i ujemny. Biegun dodatni, zwany także katodą, jest zwykle wykonany z bardziej stabilnych materiałów, natomiast biegun ujemny, zwany także anodą, jest zwykle wykonany z „wysoce aktywnych” materiałów metalowych. Bieguny dodatni i ujemny są oddzielone elektrolitem i magazynowane w postaci energii chemicznej.

Reakcja chemiczna między dwoma biegunami wytwarza jony i elektrony. Te jony i elektrony poruszają się w akumulatorze, zmuszając elektrony do ruchu na zewnątrz, tworząc cykl i wytwarzając energię elektryczną.

W latach 70. kryzys naftowy w Stanach Zjednoczonych w połączeniu z nowym zapotrzebowaniem na energię w wojsku, lotnictwie, medycynie i innych dziedzinach pobudził poszukiwania akumulatorów do przechowywania czystej energii odnawialnej.

Ze wszystkich metali lit ma bardzo niski ciężar właściwy i potencjał elektrody. Innymi słowy, system baterii litowych może teoretycznie osiągnąć maksymalną gęstość energii, dlatego lit jest naturalnym wyborem projektantów baterii.

Jednakże lit jest wysoce reaktywny i może zapalić się i eksplodować pod wpływem wody lub powietrza. Dlatego okiełznanie litu stało się kluczem do rozwoju baterii. Ponadto lit może łatwo reagować z wodą w temperaturze pokojowej. Jeśli w układach akumulatorowych ma być stosowany lit metaliczny, konieczne jest wprowadzenie elektrolitów niewodnych.

W 1958 roku Harris zaproponował użycie elektrolitu organicznego jako elektrolitu w akumulatorze metalowym. W 1962 roku Lockheed Mission i SpaceCo. Chilton Jr. z armii amerykańskiej And Cook przedstawił pomysł „układu niewodnego elektrolitu litowego”.

Chilton i Cook zaprojektowali nowy typ baterii, w której jako katodę wykorzystuje się lit metaliczny, jako katodę stosuje się halogenki Ag, Cu, Ni oraz sól metalu o niskiej temperaturze topnienia lic1-AlCl3 rozpuszczoną w węglanie propylenu jako elektrolit. Chociaż problem baterii sprawia, że ​​pozostaje ona w koncepcji, a nie w komercyjnej wykonalności, praca Chiltona i Cooka stanowi początek badań nad bateriami litowymi.

W 1970 roku japońska firma Panasonic Electric Co. i armia amerykańska niezależnie zsyntetyzowały nowy materiał katody – fluorek węgla, niemal w tym samym czasie. Krystaliczny fluorek węgla o wyrażeniu molekularnym (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) został z powodzeniem przygotowany przez firmę Panasonic Electric Co., Ltd. i zastosowany jako anoda baterii litowej. Wynalezienie baterii litowo-fluorkowej jest ważnym krokiem w historii rozwoju baterii litowych. Po raz pierwszy w konstrukcji baterii litowej zastosowano „wbudowany związek”.

Jednakże, aby zrealizować odwracalne ładowanie i rozładowywanie baterii litowej, kluczem jest odwracalność reakcji chemicznej. W tamtym czasie większość akumulatorów jednorazowych wykorzystywała anody litowe i elektrolity organiczne. Aby opracować akumulatory, naukowcy rozpoczęli badania odwracalnego wprowadzania jonów litu do elektrody dodatniej warstwowego siarczku metalu przejściowego.

Stanley Whittingham z ExxonMobil odkrył, że reakcję chemiczną interkalacji można zmierzyć, stosując warstwowy TiS2 jako materiał katody, a produktem wyładowania jest LiTiS2.

W 1976 roku akumulator opracowany przez Whittinghama osiągnął dobrą wydajność początkową. Jednakże po kilkukrotnym ładowaniu i rozładowywaniu w akumulatorze utworzyły się dendryty litu. Dendryty rozrosły się od bieguna ujemnego do bieguna dodatniego, tworząc zwarcie, które spowodowało niebezpieczeństwo zapalenia elektrolitu i ostatecznie zakończyło się niepowodzeniem.

W 1989 r., z powodu pożaru wtórnych akumulatorów litowo-molibdenowych, większość firm, z wyjątkiem kilku, wycofała się z rozwoju wtórnych akumulatorów litowo-metalowych. Rozwój akumulatorów litowo-metalowych został w zasadzie zatrzymany, ponieważ nie udało się rozwiązać problemu bezpieczeństwa.

Ze względu na słaby efekt różnych modyfikacji badania nad akumulatorem litowo-metalowym uległy stagnacji. Ostatecznie badacze wybrali radykalne rozwiązanie: akumulator fotela bujanego z osadzonymi związkami jako biegunami dodatnimi i ujemnymi akumulatorów wtórnych litowo-metalowych.

W latach 80. Goodnow badał strukturę warstwowych materiałów katodowych z kobalanu litu i tlenku litu i niklu na Uniwersytecie Oksfordzkim w Anglii. Wreszcie badacze zdali sobie sprawę, że ponad połowę litu można usunąć z materiału katody w sposób odwracalny. Wynik ten ostatecznie doprowadził do narodzin The.

W 1991 roku firma SONY wprowadziła na rynek pierwszą komercyjną baterię litową (grafit anodowy, związek litu katodowego, sól litowa w postaci ciekłej elektrody rozpuszczona w rozpuszczalniku organicznym). Ze względu na wysoką gęstość energii i różne formuły, które można dostosować do różnych środowisk użytkowania, baterie litowe zostały skomercjalizowane i szeroko stosowane na rynku