Літій-іонна батарея починає мчати всю дорогу, наближаючись до живлення батареї

У 1800 році Алессандро Вольта, італійський фізик, винайшов стек Вольта, першу батарею в історії людства. Перша батарея була зроблена з листів цинку (анод) і міді (катод) і паперу, змоченого в солоній воді (електроліт), що демонструє штучну можливість електрики.

З тих пір, як пристрій, який може забезпечити безперервний і стабільний струм, батареї пережили понад 200 років розвитку та продовжують задовольняти потреби людей у ​​гнучкому використанні електроенергії.

В останні роки, з величезним попитом на відновлювані джерела енергії та зростаючою стурбованістю щодо забруднення навколишнього середовища, вторинні батареї (або батареї), які можуть перетворювати інші види енергії в електричну енергію та зберігати її у формі хімічної енергії, продовжують вносити зміни в енергетику. система.

Розвиток літієвої батареї показує прогрес суспільства з іншого боку. Насправді швидкий розвиток мобільних телефонів, комп’ютерів, фотоапаратів і електромобілів базується на зрілості технології літієвих батарей.

Чен Ген. Народження літієвої батареї наближається

Народження літієвої батареї

Акумулятор має позитивний і негативний полюси. Позитивний полюс, також відомий як катод, зазвичай виготовляється з більш стабільних матеріалів, тоді як негативний полюс, також відомий як анод, зазвичай виготовляється з «високоактивних» металевих матеріалів. Позитивний і негативний полюси розділені електролітом і зберігаються у вигляді хімічної енергії.

Хімічна реакція між двома полюсами утворює іони та електрони. Ці іони та електрони рухаються в батареї, змушуючи електрони рухатися назовні, утворюючи цикл і виробляючи електрику.

У 1970-х роках нафтова криза в Сполучених Штатах у поєднанні з новим попитом на електроенергію в армії, авіації, медицині та інших галузях стимулювала пошук акумуляторних батарей для зберігання відновлюваної чистої енергії.

З усіх металів літій має дуже низьку питому вагу та електродний потенціал. Іншими словами, система літієвих батарей теоретично може досягти максимальної щільності енергії, тому літій є природним вибором розробників батарей.

Однак літій має високу реакційну здатність і може горіти та вибухати під впливом води чи повітря. Тому приборкання літію стало ключем до розробки батарей. Крім того, літій може легко реагувати з водою кімнатної температури. Якщо металевий літій буде використовуватися в акумуляторних системах, важливо вводити неводні електроліти.

У 1958 році Харріс запропонував використовувати органічний електроліт як електроліт металевої батареї. У 1962 році Lockheed Mission і SpaceCo. Чилтон-молодший з американських військових і Кук висунули ідею «літієвої неводної електролітної системи».

Чілтон і Кук розробили новий тип акумулятора, який використовує металевий літій як катод, галогеніди Ag, Cu, Ni як катод і сіль металу з низькою температурою плавлення lic1-AlCl3, розчинену в пропіленкарбонаті як електроліт. Хоча проблема батареї змушує її залишатися в концепції, а не в комерційній здійсненності, робота Чілтона та Кука є початком досліджень літієвих батарей.

У 1970 році японська компанія Panasonic Electric Co. і армія США незалежно один від одного синтезували новий матеріал катода - фтористий вуглець майже одночасно. Кристалічний фторид вуглецю з молекулярною експресією (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) був успішно отриманий Panasonic Electric Co., Ltd. і використаний як анод літієвої батареї. Винахід фтористо-літієвої батареї є важливим кроком в історії розвитку літієвих батарей. Це перший випадок введення «вбудованого компаунду» в дизайн літієвої батареї.

Однак, щоб реалізувати оборотний заряд і розряд літієвої батареї, ключем є оборотність хімічної реакції. У той час більшість неперезаряджуваних батарей використовували літієві аноди та органічні електроліти. Щоб реалізувати акумуляторні батареї, вчені почали вивчати оборотне введення іонів літію в позитивний електрод шаруватого сульфіду перехідного металу.

Стенлі Вітінгем з ExxonMobil виявив, що хімічну реакцію інтеркаляції можна виміряти, використовуючи шаруватий TiS2 як матеріал катода, а продуктом розряду є LiTiS2.

У 1976 році акумулятор, розроблений Whittingham, досяг хорошої початкової ефективності. Однак після багаторазового заряджання та розряджання в акумуляторі утворилися літієві дендрити. Дендрити росли від негативного полюса до позитивного, утворюючи коротке замикання, яке викликало небезпеку займання електроліту та остаточно вийшло з ладу.

У 1989 році через пожежу на літій/молібденових вторинних батареях більшість компаній, за винятком кількох, відмовилися від розробки літієвих вторинних батарей. Розробка літієво-металевих вторинних батарей була в основному зупинена, оскільки проблему безпеки вирішити не вдалося.

Через поганий ефект різноманітних модифікацій дослідження вторинної літій-металевої батареї були в застою. Нарешті дослідники обрали радикальне рішення: батарею крісла-гойдалки з вбудованими сполуками як позитивний і негативний полюси літієвих вторинних батарей.

У 1980-х роках Гуднау вивчав структуру шаруватого літієвого кобалату та літій-нікелевих катодних матеріалів в Оксфордському університеті, Англія. Нарешті дослідники зрозуміли, що більше половини літію можна оборотно видалити з матеріалу катода. Цей результат зрештою призвів до народження The.

У 1991 році компанія SONY випустила першу комерційну літієву батарею (анод графіт, катод літієва суміш, електрод рідка сіль літію, розчинена в органічному розчиннику). Завдяки характеристикам високої щільності енергії та різним складам, які можна адаптувати до різних середовищ використання, літієві батареї були комерціалізовані та широко використовувані на ринку