Литий-ионды батарея қуат батареясына жақындай отырып, асыға бастайды

1800 жылы итальяндық физик Алессандро Вольта адамзат тарихындағы алғашқы аккумулятор Вольта стекін ойлап тапты. Алғашқы аккумулятор мырыш (анод) және мыс (катод) парақтары мен тұзды суға (электролитке) малынған қағаздан жасалған, электр энергиясының жасанды мүмкіндігін көрсетті.

Содан бері үздіксіз және тұрақты токпен қамтамасыз ете алатын құрылғы ретінде батареялар 200 жылдан астам дамуды бастан кешірді және адамдардың икемді электр энергиясын пайдалану сұранысын қанағаттандыруды жалғастыруда.

Соңғы жылдары жаңартылатын энергияға деген үлкен сұраныс пен қоршаған ортаның ластануы туралы алаңдаушылықтың артуы жағдайында энергияның басқа түрлерін электр энергиясына айналдырып, оны химиялық энергия түрінде сақтай алатын қайталама батареялар (немесе батареялар) энергияға өзгерістер енгізуді жалғастыруда. жүйесі.

Литий батареясының дамуы қоғамның басқа қырынан прогресті көрсетеді. Шындығында, ұялы телефондардың, компьютерлердің, камералардың және электр көліктерінің қарқынды дамуы литий батареялары технологиясының жетілуіне негізделген.

Чен Ген. Литий батареясының туылуы мен уайымы жақындап келеді

Литий батареясының дүниеге келуі

Батареяда оң және теріс полюстер бар. Оң полюс, сонымен қатар катод ретінде белгілі, әдетте тұрақтырақ материалдардан жасалады, ал теріс полюс, сонымен қатар анод ретінде белгілі, әдетте «жоғары белсенді» металл материалдардан жасалады. Оң және теріс полюстер электролит арқылы бөлініп, химиялық энергия түрінде сақталады.

Екі полюс арасындағы химиялық реакция иондар мен электрондарды түзеді. Бұл иондар мен электрондар батареяда қозғалады, электрондарды сыртқа жылжытуға мәжбүрлейді, циклды құрайды және электр энергиясын тудырады.

1970 жылдары Америка Құрама Штаттарындағы мұнай дағдарысы әскери, авиация, медицина және басқа салалардағы жаңа қуат сұранысымен бірге жаңартылатын таза энергияны сақтау үшін қайта зарядталатын батареяларды іздеуді ынталандырды.

Барлық металдардың ішінде литийдің меншікті салмағы мен электродтық потенциалы өте төмен. Басқаша айтқанда, литий батарея жүйесі теорияда максималды энергия тығыздығына қол жеткізе алады, сондықтан литий батарея дизайнерлерінің табиғи таңдауы болып табылады.

Дегенмен, литий жоғары реактивті және суға немесе ауаға әсер еткенде күйіп, жарылуы мүмкін. Сондықтан литийді қолға үйрету батареяны дамытудың кілті болды. Сонымен қатар, литий бөлме температурасында сумен оңай әрекеттеседі. Металл литий аккумуляторлық жүйелерде пайдаланылса, сусыз электролиттерді енгізу өте маңызды.

1958 жылы Харрис органикалық электролитті металл батареяның электролиті ретінде пайдалануды ұсынды. 1962 жылы Lockheed Mission және SpaceCo. Чилтон кіші американдық әскерилер And Cook «литий сусыз электролит жүйесі» идеясын ұсынды.

Чилтон мен Кук батареяның жаңа түрін ойлап шығарды, ол катод ретінде литий металын, катод ретінде Ag, Cu, Ni галогенидтерін және электролит ретінде пропилен карбонатында ерітілген төмен балқу температурасы lic1-AlCl3 металл тұзын қолданды. Батарея мәселесі оны коммерциялық мақсатқа емес, тұжырымдамада қалдырғанымен, Чилтон мен Куктың жұмысы литий батареяларын зерттеудің бастамасы болып табылады.

1970 жылы Жапонияның Panasonic Electric компаниясы мен АҚШ әскери күштері бір мезгілде дерлік жаңа катодты материал – көміртекті фторидті дербес синтездеді. (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) молекулалық экспрессиясы бар кристалды көміртекті фторидті Panasonic Electric Co., Ltd. сәтті дайындады және литий батареясының аноды ретінде пайдаланылды. Литий фторидті аккумулятордың өнертабысы литий батареясының даму тарихындағы маңызды қадам болып табылады. Бұл литий батареясының дизайнына «ендірілген қосылыс» бірінші рет енгізілді.

Дегенмен, литий батареясының қайтымды заряды мен разрядын жүзеге асыру үшін химиялық реакцияның қайтымдылығы маңызды. Ол кезде қайта зарядталмайтын батареялардың көпшілігі литий анодтары мен органикалық электролиттерді пайдаланды. Қайта зарядталатын аккумуляторларды іске асыру үшін ғалымдар литий иондарын қабатты өтпелі металл сульфидінің оң электродына қайтымды енгізуді зерттей бастады.

ExxonMobil компаниясының қызметкері Стэнли Уиттингем интеркалацияның химиялық реакциясын катод материалы ретінде қабатталған TiS2, ал разряд өнімі LiTiS2 арқылы өлшеуге болатынын анықтады.

1976 жылы Уиттингем жасаған батарея жақсы бастапқы тиімділікке қол жеткізді. Дегенмен, бірнеше рет қайталап зарядтау мен зарядсыздандырудан кейін батареяда литий дендриттері пайда болды. Дендриттер теріс полюстен оң полюске дейін өсті, қысқа тұйықталуды құрады, бұл электролиттің тұтану қаупін тудырды және ақырында істен шықты.

1989 жылы литий/молибденді қайталама аккумуляторлардың өртке ұшырауына байланысты кейбір компанияларды қоспағанда, литий-металл қайталама батареяларын жасаудан бас тартты. Қауіпсіздік мәселесін шешу мүмкін болмағандықтан, литий металды қайталама батареяларды әзірлеу негізінен тоқтатылды.

Түрлі модификациялардың нашар әсер етуіне байланысты литий металды қайталама аккумуляторды зерттеу тоқтап қалды. Ақырында, зерттеушілер түбегейлі шешімді таңдады: литий металды қайталама батареялардың оң және теріс полюстері ретінде енгізілген қосылыстары бар тербелетін орындық батареясы.

1980 жылдары Гудноу Оксфорд университетінде, Англияда қабатты литий кобалаты мен литий никель оксиді катодты материалдардың құрылымын зерттеді. Ақырында, зерттеушілер литийдің жартысынан көбі катодтық материалдан қайтымды түрде жойылуы мүмкін екенін түсінді. Бұл нәтиже ақырында The дүниеге әкелді.

1991 жылы SONY компаниясы бірінші коммерциялық литий батареясын (анодты графит, катодты литий қосылысы, органикалық еріткіште ерітілген электрод сұйық литий тұзы) шығарды. Жоғары энергия тығыздығы мен әртүрлі пайдалану орталарына бейімделе алатын әртүрлі рецептуралардың сипаттамаларына байланысты литий батареялары коммерцияланған және нарықта кеңінен қолданылған.