Litiumioniakku alkaa kiirehtiä koko matkan ja lähestyy tehoakkua

Vuonna 1800 italialainen fyysikko Alessandro Volta keksi Volta-pinon, ihmiskunnan historian ensimmäisen akun. Ensimmäinen akku tehtiin sinkki- (anodi) ja kupari (katodi) levyistä ja suolaveteen (elektrolyytti) kastetusta paperista, mikä osoitti sähkön keinotekoisen mahdollisuuden.

Siitä lähtien jatkuvaa ja vakaata virtaa tuottavana laitteena akut ovat kokeneet yli 200 vuoden kehitystyön ja vastaavat edelleen ihmisten joustavaan sähkönkäyttöön.

Viime vuosina uusiutuvan energian valtavan kysynnän ja kasvavan huolen ympäristön saastumisesta myötä sekundääriakut (tai akut), jotka voivat muuntaa muita energiamuotoja sähköenergiaksi ja varastoida sen kemiallisena energiana, ovat tuoneet jatkuvasti muutoksia energiaan. järjestelmä.

Litiumpariston kehitys näyttää yhteiskunnan edistymisen toisesta näkökulmasta. Itse asiassa matkapuhelimien, tietokoneiden, kameroiden ja sähköajoneuvojen nopea kehitys perustuu litiumakkuteknologian kypsyyteen.

Chen Gen. Litiumpariston syntymä ja ahdistus lähestyvät

Litiumpariston synty

Akussa on positiiviset ja negatiiviset navat. Positiivinen napa, joka tunnetaan myös nimellä katodi, on yleensä valmistettu vakaammista materiaaleista, kun taas negatiivinen napa, joka tunnetaan myös nimellä anodi, on yleensä valmistettu "erittäin aktiivisista" metallimateriaaleista. Positiiviset ja negatiiviset navat erotetaan elektrolyytillä ja varastoidaan kemiallisen energian muodossa.

Kahden navan välinen kemiallinen reaktio tuottaa ioneja ja elektroneja. Nämä ionit ja elektronit liikkuvat akussa pakottaen elektronit liikkumaan ulospäin, muodostaen syklin ja tuottaen sähköä.

1970-luvulla Yhdysvaltojen öljykriisi yhdistettynä uuteen sähkön kysyntään sotilas-, ilmailu-, lääketieteessä ja muilla aloilla stimuloi ladattavien akkujen etsimistä uusiutuvan puhtaan energian varastointiin.

Kaikista metalleista litiumilla on erittäin pieni ominaispaino ja elektrodipotentiaali. Toisin sanoen litiumakkujärjestelmä voi saavuttaa teoriassa suurimman energiatiheyden, joten litium on akkusuunnittelijoiden luonnollinen valinta.

Litium on kuitenkin erittäin reaktiivista ja voi palaa ja räjähtää joutuessaan alttiiksi vedelle tai ilmalle. Siksi litiumin kesyttämisestä on tullut avain akkukehitykseen. Lisäksi litium voi helposti reagoida veden kanssa huoneenlämpötilassa. Jos metallilitiumia käytetään akkujärjestelmissä, on välttämätöntä lisätä vedettömiä elektrolyyttejä.

Vuonna 1958 Harris ehdotti orgaanisen elektrolyytin käyttöä metalliakun elektrolyyttinä. Vuonna 1962 Lockheed Mission and SpaceCo. Chilton Jr. Yhdysvaltain armeijasta ja Cook esitti ajatuksen "litium ei-vesipitoisesta elektrolyyttijärjestelmästä".

Chilton ja Cook suunnittelivat uudentyyppisen akun, jossa käytetään katodina litiummetallia, katodina Ag-, Cu-, Ni-halogenideja ja elektrolyyttinä propeenikarbonaattiin liuotettua matalan sulamispisteen metallisuolaa lic1-AlCl3. Vaikka akun ongelma saa sen pysymään konseptissa pikemminkin kuin kaupallisessa toteutettavuudessa, Chiltonin ja Cookin työ on litiumakkututkimuksen alku.

Vuonna 1970 japanilainen Panasonic Electric Co. ja Yhdysvaltain armeija syntetisoivat itsenäisesti uuden katodimateriaalin - hiilifluoridin melkein samaan aikaan. Panasonic Electric Co., Ltd. valmisti onnistuneesti kiteisen hiilifluoridin, jonka molekyyliekspressio (CFx)N (0,5 ≤ x ≤ 1), ja sitä käytettiin litiumakun anodina. Litiumfluoridipariston keksintö on tärkeä askel litiumakun kehityksen historiassa. Tämä on ensimmäinen kerta, kun "sulautettu yhdiste" otetaan litiumakun suunnitteluun.

Litiumakun palautuvan latauksen ja purkauksen toteuttamiseksi avain on kuitenkin kemiallisen reaktion palautuvuus. Tuohon aikaan useimmat ei-ladattavat akut käyttivät litiumanodeja ja orgaanisia elektrolyyttejä. Ladattavien akkujen toteuttamiseksi tutkijat alkoivat tutkia litiumionien palautuvaa lisäämistä kerrostetun siirtymämetallisulfidin positiiviseen elektrodiin.

Stanley Whittingham ExxonMobilista havaitsi, että interkalaatiokemiallinen reaktio voidaan mitata käyttämällä kerrostettua TiS2:ta katodimateriaalina ja purkaustuote on LiTiS2.

Vuonna 1976 Whittinghamin kehittämä akku saavutti hyvän alkutehokkuuden. Toistuvan latauksen ja purkamisen jälkeen akkuun muodostui kuitenkin litiumdendriittejä. Dendriitit kasvoivat negatiivisesta navasta positiiviseen napaan muodostaen oikosulun, joka aiheutti elektrolyytin syttymisvaaran ja lopulta epäonnistui.

Vuonna 1989 litium/molybdeeniakkujen palo-onnettomuuden vuoksi useimmat yritykset muutamaa lukuun ottamatta vetäytyivät litiummetalliakkujen kehittämisestä. Litiummetalliakkujen kehitys periaatteessa lopetettiin, koska turvallisuusongelmaa ei voitu ratkaista.

Erilaisten modifikaatioiden heikon vaikutuksen vuoksi litiummetalliakkujen tutkimus on pysähtynyt. Lopuksi tutkijat valitsivat radikaalin ratkaisun: keinutuoliakun, jossa on upotettuja yhdisteitä litiummetalliakkujen positiivisiksi ja negatiivisiksi napoiksi.

Goodnow tutki 1980-luvulla kerrostettujen litiumkobalaatti- ja litiumnikkelioksidikatodimateriaalien rakennetta Oxfordin yliopistossa Englannissa. Lopulta tutkijat ymmärsivät, että yli puolet litiumista voidaan poistaa katodimateriaalista palautuvasti. Tämä tulos johti lopulta The syntymään.

Vuonna 1991 SONY Company toi markkinoille ensimmäisen kaupallisen litiumakun (anodigrafiitti, katodilitiumyhdiste, elektrodinestemäinen litiumsuola liuotettuna orgaaniseen liuottimeen). Korkean energiatiheyden ja erilaisiin käyttöympäristöihin sopeutuvien formulaatioiden ominaisuuksien vuoksi litiumparistoja on kaupallistettu ja käytetty laajalti markkinoilla.