A lítium-ion akkumulátor teljesen rohanni kezd, közeledve az akkumulátorhoz

1800-ban Alessandro Volta olasz fizikus feltalálta a Volta-köteget, az első akkumulátort az emberiség történetében. Az első akkumulátor cink (anód) és réz (katód) lapokból és sós vízbe (elektrolit) áztatott papírból készült, demonstrálva az elektromosság mesterséges lehetőségét.

Azóta az akkumulátorok folyamatos és stabil áramellátást biztosító eszközként több mint 200 éves fejlesztésen mentek keresztül, és továbbra is kielégítik az emberek rugalmas villamosenergia-használat iránti igényét.

Az elmúlt években a megújuló energia iránti hatalmas kereslet és a környezetszennyezés miatti növekvő aggodalom miatt a másodlagos akkumulátorok (vagy akkumulátorok), amelyek képesek más energiát elektromos energiává alakítani és kémiai energia formájában tárolni, továbbra is változásokat hoztak az energiában. rendszer.

A lítium akkumulátor fejlődése egy másik aspektusból mutatja a társadalom fejlődését. Valójában a mobiltelefonok, számítógépek, fényképezőgépek és elektromos járművek gyors fejlődése a lítium akkumulátor technológia érettségén alapul.

Chen Gen. Közeledik a lítium akkumulátor születése és szorongása

A lítium akkumulátor születése

Az akkumulátor pozitív és negatív pólusú. A pozitív pólus, más néven katód általában stabilabb anyagokból, míg a negatív pólus, más néven anód általában "nagyon aktív" fémanyagokból készül. A pozitív és negatív pólust elektrolit választja el, és kémiai energia formájában tárolja.

A két pólus közötti kémiai reakció során ionok és elektronok keletkeznek. Ezek az ionok és elektronok mozognak az akkumulátorban, és arra kényszerítik az elektronokat, hogy kifelé mozduljanak, ciklust képezve és elektromosságot generálva.

Az 1970-es években az Egyesült Államokban az olajválság, valamint a katonai, a légi közlekedés, az orvostudomány és más területek új energiaigénye ösztönözte az újratölthető akkumulátorok keresését a megújuló tiszta energia tárolására.

Az összes fém közül a lítiumnak nagyon alacsony a fajsúlya és az elektródpotenciálja. Más szóval, a lítium akkumulátorrendszer elméletileg elérheti a maximális energiasűrűséget, így a lítium az akkumulátor tervezők természetes választása.

A lítium azonban nagyon reaktív, és éghet és felrobbanhat, ha vízzel vagy levegővel érintkezik. Ezért a lítium megszelídítése az akkumulátorfejlesztés kulcsává vált. Ezenkívül a lítium szobahőmérsékleten könnyen reagálhat vízzel. Ha fém-lítiumot használnak akkumulátoros rendszerekben, elengedhetetlen a nem vizes elektrolitok bevezetése.

1958-ban Harris javasolta a szerves elektrolit használatát fémakkumulátorok elektrolitjaként. 1962-ben a Lockheed Mission és a SpaceCo. Chilton Jr. az amerikai hadseregtől és Cook a "lítium nemvizes elektrolit rendszer" ötletét terjesztette elő.

Chilton és Cook új típusú akkumulátort tervezett, amely katódként lítium-fémet, katódként Ag-, Cu-, Ni-halogenideket, elektrolitként pedig propilén-karbonátban oldott, alacsony olvadáspontú fémsót, lic1-AlCl3-at használ. Bár az akkumulátor problémája miatt a koncepcióban marad, nem pedig a kereskedelmi megvalósíthatóság, Chilton és Cook munkája a lítium akkumulátorok kutatásának kezdete.

1970-ben a japán Panasonic Electric Co. és az amerikai hadsereg egymástól függetlenül szintetizált egy új katódanyagot - a szén-fluoridot. A (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) molekuláris expressziójával rendelkező kristályos szén-fluoridot a Panasonic Electric Co., Ltd. sikeresen állította elő, és lítium akkumulátor anódjaként használta. A lítium-fluorid akkumulátor feltalálása fontos lépés a lítium akkumulátor fejlesztés történetében. Ez az első alkalom, hogy a "beágyazott vegyületet" bevezetjük a lítium akkumulátor tervezésébe.

A lítium akkumulátor reverzibilis feltöltésének és kisütésének megvalósításához azonban a kulcs a kémiai reakció megfordíthatósága. Abban az időben a legtöbb nem újratölthető akkumulátor lítium anódokat és szerves elektrolitokat használt. Az újratölthető akkumulátorok megvalósítása érdekében a tudósok elkezdték tanulmányozni a lítium-ionok reverzibilis beillesztését a réteges átmenetifém-szulfid pozitív elektródájába.

Stanley Whittingham, az ExxonMobiltól azt találta, hogy az interkalációs kémiai reakció mérhető réteges TiS2-vel katódanyagként, a kisülési termék pedig LiTiS2.

1976-ban a Whittingham által kifejlesztett akkumulátor jó kezdeti hatásfokot ért el. Többszöri töltés és kisütés után azonban lítium-dendritek képződtek az akkumulátorban. A dendritek a negatív pólusról a pozitív pólusra nőttek, rövidzárlatot képezve, ami az elektrolit meggyulladásának veszélyét okozta, és végül meghibásodott.

1989-ben a lítium/molibdén másodlagos akkumulátorok tűzbalesete miatt néhány cég kivételével a legtöbb vállalat kilépett a lítium fém másodlagos akkumulátorok fejlesztéséből. A lítium fém szekunder akkumulátorok fejlesztését alapvetően leállították, mert a biztonsági problémát nem tudták megoldani.

A különféle módosítások gyenge hatása miatt a lítium fém másodlagos akkumulátorokkal kapcsolatos kutatások stagnálnak. Végül a kutatók egy radikális megoldást választottak: a lítium-fém másodlagos akkumulátorok pozitív és negatív pólusaiként beágyazott vegyületeket tartalmazó hintaszék akkumulátort.

Az 1980-as években Goodnow réteges lítium-kobalát és lítium-nikkel-oxid katód anyagok szerkezetét tanulmányozta az angliai Oxfordi Egyetemen. Végül a kutatók rájöttek, hogy a lítium több mint fele reverzibilisen eltávolítható a katód anyagából. Ez az eredmény vezetett végül a The megszületéséhez.

1991-ben a SONY Company piacra dobta az első kereskedelmi forgalomban lévő lítium akkumulátort (anód grafit, katód lítiumvegyület, elektróda folyékony lítium só szerves oldószerben oldva). A nagy energiasűrűség és a különböző felhasználási környezetekhez alkalmazkodó különféle összetételek miatt a lítium akkumulátorokat kereskedelmi forgalomba hozták és széles körben használják a piacon.