Litium-ion batareya güc batareyasına yaxınlaşaraq bütün yolda tələsməyə başlayır

1800-cü ildə italyan fiziki Alessandro Volta bəşər tarixində ilk akkumulyator olan Volta yığınını icad etdi. İlk akkumulyator sink (anod) və mis (katod) təbəqələrdən və duzlu suda (elektrolitdə) isladılmış kağızdan hazırlanmışdır ki, bu da elektrik enerjisinin süni mümkünlüyünü nümayiş etdirir.

O vaxtdan bəri, davamlı və sabit cərəyan təmin edə bilən bir cihaz olaraq, batareyalar 200 ildən çox inkişaf təcrübəsinə malikdir və insanların çevik elektrik istifadəsinə olan tələbatını ödəməyə davam edir.

Son illərdə bərpa olunan enerjiyə olan böyük tələbat və ətraf mühitin çirklənməsi ilə bağlı artan narahatlıqla, enerjinin digər növlərini elektrik enerjisinə çevirə və kimyəvi enerji şəklində saxlaya bilən ikincil batareyalar (və ya batareyalar) enerjiyə dəyişikliklər etməyə davam edir. sistemi.

Litium batareyanın inkişafı cəmiyyətin tərəqqisini başqa aspektdən göstərir. Əslində, cib telefonlarının, kompüterlərin, kameraların və elektrik nəqliyyat vasitələrinin sürətli inkişafı litium batareya texnologiyasının yetkinliyinə əsaslanır.

Chen Gen. Litium batareyanın doğulması və narahatlığı yaxınlaşır

Litium batareyanın doğulması

Batareyanın müsbət və mənfi dirəkləri var. Katod olaraq da bilinən müsbət qütb adətən daha sabit materiallardan, anod kimi də tanınan mənfi qütb isə adətən "yüksək aktiv" metal materiallardan hazırlanır. Müsbət və mənfi qütblər elektrolitlə ayrılır və kimyəvi enerji şəklində saxlanılır.

İki qütb arasındakı kimyəvi reaksiya nəticəsində ionlar və elektronlar əmələ gəlir. Bu ionlar və elektronlar batareyada hərəkət edərək elektronları xaricə doğru hərəkət etməyə məcbur edir, dövrə əmələ gətirir və elektrik enerjisi yaradır.

1970-ci illərdə ABŞ-da neft böhranı, hərbi, aviasiya, tibb və digər sahələrdə yeni enerji tələbatı ilə birlikdə, bərpa olunan təmiz enerjinin saxlanması üçün təkrar doldurulan batareyaların axtarışını stimullaşdırdı.

Bütün metallardan litium çox aşağı xüsusi çəkiyə və elektrod potensialına malikdir. Başqa sözlə, litium batareya sistemi nəzəriyyədə maksimum enerji sıxlığına nail ola bilər, buna görə də litium batareya dizaynerlərinin təbii seçimidir.

Bununla belə, litium yüksək reaktivdir və suya və ya havaya məruz qaldıqda yanmağa və partlaya bilər. Buna görə də, litiumun əhliləşdirilməsi batareyanın inkişafının açarına çevrildi. Bundan əlavə, litium otaq temperaturunda su ilə asanlıqla reaksiya verə bilər. Batareya sistemlərində metal litium istifadə ediləcəksə, susuz elektrolitləri tətbiq etmək vacibdir.

1958-ci ildə Harris üzvi elektrolitdən metal akkumulyatorun elektroliti kimi istifadə etməyi təklif etdi. 1962-ci ildə Lockheed Mission və SpaceCo. ABŞ ordusundan kiçik Chilton And Cook "litium susuz elektrolit sistemi" ideyasını irəli sürdü.

Chilton və Cook katod kimi litium metaldan, katod kimi Ag, Cu, Ni halogenidlərindən və elektrolit kimi propilen karbonatda həll edilmiş aşağı ərimə nöqtəsi metal duzu lic1-AlCl3 istifadə edən yeni tip batareya dizayn etdilər. Batareyanın problemi onu kommersiya məqsədəuyğunluğundan daha çox konsepsiyada saxlamağa vadar etsə də, Chilton və Cookun işi litium batareya tədqiqatlarının başlanğıcıdır.

1970-ci ildə Yaponiyanın Panasonic Electric şirkəti və ABŞ hərbçiləri müstəqil olaraq, demək olar ki, eyni vaxtda yeni katod materialı - karbon flüoridi sintez etdilər. (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) molekulyar ifadəsi olan kristal karbon ftorid Panasonic Electric Co., Ltd. tərəfindən uğurla hazırlanmış və litium batareyanın anodunda istifadə edilmişdir. Litium flüorid batareyasının ixtirası litium batareyanın inkişafı tarixində mühüm bir addımdır. Bu, litium batareyasının dizaynına "yerləşmiş birləşmə"nin tətbiqi üçün ilk dəfədir.

Bununla birlikdə, litium batareyanın geri qaytarıla bilən doldurulması və boşaldılmasını həyata keçirmək üçün əsas kimyəvi reaksiyanın geri çevrilməsidir. O dövrdə təkrar doldurulmayan batareyaların əksəriyyəti litium anodlardan və üzvi elektrolitlərdən istifadə edirdi. Təkrar doldurulan batareyaları həyata keçirmək üçün elm adamları litium ionlarının laylı keçid metal sulfidinin müsbət elektroduna geri çevrilən daxil edilməsini öyrənməyə başladılar.

ExxonMobil-dən Stanley Whittingham müəyyən etdi ki, interkalasiya kimyəvi reaksiyası katod materialı kimi laylı TiS2 istifadə etməklə ölçülə bilər və boşalma məhsulu LiTiS2-dir.

1976-cı ildə Whittingham tərəfindən hazırlanmış batareya yaxşı ilkin səmərəliliyə nail oldu. Lakin bir neçə dəfə təkrar doldurulub boşaldılandan sonra akkumulyatorda litium dendritləri əmələ gəlib. Dendritlar mənfi qütbdən müsbət qütbə doğru böyüyərək qısaqapanma əmələ gətirdi, bu da elektrolitin alovlanması təhlükəsinə səbəb oldu və nəticədə uğursuz oldu.

1989-cu ildə, litium/molibden ikincil batareyalarının yanğın qəzası səbəbiylə, bir neçə şirkət istisna olmaqla, əksər şirkətlər litium metal ikincil batareyaların hazırlanmasından imtina etdilər. Litium metal ikincil batareyaların inkişafı əsasən dayandırıldı, çünki təhlükəsizlik problemi həll edilə bilmədi.

Müxtəlif modifikasiyaların zəif təsiri ilə əlaqədar olaraq, litium metal ikincil batareya ilə bağlı tədqiqatlar dayanmışdır. Nəhayət, tədqiqatçılar radikal bir həll yolu seçdilər: litium metal ikincil batareyaların müsbət və mənfi qütbləri kimi daxil edilmiş birləşmələri olan sallanan kreslo batareyası.

1980-ci illərdə Qudnou Oksford Universitetində, İngiltərədə laylı litium kobalat və litium nikel oksid katod materiallarının strukturunu tədqiq etdi. Nəhayət, tədqiqatçılar litiumun yarıdan çoxunun katod materialından geri çevrilə biləcəyini başa düşdülər. Bu nəticə nəhayət The doğulmasına səbəb oldu.

1991-ci ildə SONY şirkəti ilk kommersiya litium batareyasını (anod qrafit, katod litium birləşmə, üzvi həlledicidə həll edilmiş elektrod maye litium duzu) istifadəyə verdi. Yüksək enerji sıxlığının və müxtəlif istifadə mühitlərinə uyğunlaşa bilən müxtəlif formulaların xüsusiyyətlərinə görə, litium batareyalar kommersiyalaşdırılıb və bazarda geniş şəkildə istifadə olunur.