Bateri litium ion mula tergesa-gesa sepanjang jalan, menghampiri bateri kuasa

Pada tahun 1800, Alessandro Volta, seorang ahli fizik Itali, mencipta timbunan Volta, bateri pertama dalam sejarah manusia. Bateri pertama diperbuat daripada kepingan zink (anod) dan kuprum (katod) dan kertas yang direndam dalam air garam (elektrolit), menunjukkan kemungkinan tiruan elektrik.

Sejak itu, sebagai peranti yang boleh membekalkan arus berterusan dan stabil, bateri telah mengalami pembangunan lebih 200 tahun dan terus memenuhi permintaan orang ramai untuk penggunaan elektrik yang fleksibel.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan permintaan yang besar untuk tenaga boleh diperbaharui dan peningkatan kebimbangan mengenai pencemaran alam sekitar, bateri sekunder (atau bateri) yang boleh menukar bentuk tenaga lain kepada tenaga elektrik dan menyimpannya dalam bentuk tenaga kimia terus membawa perubahan kepada tenaga. sistem.

Pembangunan bateri litium menunjukkan kemajuan masyarakat dari aspek lain. Malah, perkembangan pesat telefon bimbit, komputer, kamera dan kenderaan elektrik adalah berdasarkan kematangan teknologi bateri litium.

Chen Jen. Kelahiran dan kebimbangan bateri litium semakin hampir

Kelahiran bateri litium

Bateri mempunyai kutub positif dan negatif. Kutub positif, juga dikenali sebagai katod, biasanya diperbuat daripada bahan yang lebih stabil, manakala kutub negatif, juga dikenali sebagai anod, biasanya diperbuat daripada bahan logam "sangat aktif". Kutub positif dan negatif dipisahkan oleh elektrolit dan disimpan dalam bentuk tenaga kimia.

Tindak balas kimia antara dua kutub menghasilkan ion dan elektron. Ion dan elektron ini bergerak dalam bateri, memaksa elektron bergerak ke luar, membentuk kitaran dan menjana elektrik.

Pada tahun 1970-an, krisis minyak di Amerika Syarikat, ditambah dengan permintaan kuasa baru dalam bidang ketenteraan, penerbangan, perubatan dan lain-lain, merangsang pencarian bateri boleh dicas semula untuk menyimpan tenaga bersih yang boleh diperbaharui.

Daripada semua logam, litium mempunyai graviti tentu dan potensi elektrod yang sangat rendah. Dalam erti kata lain, sistem bateri litium boleh mencapai ketumpatan tenaga maksimum dalam teori, jadi litium adalah pilihan semula jadi pereka bateri.

Walau bagaimanapun, litium sangat reaktif dan boleh terbakar dan meletup apabila terdedah kepada air atau udara. Oleh itu, menjinakkan litium telah menjadi kunci kepada pembangunan bateri. Di samping itu, litium boleh bertindak balas dengan mudah dengan air pada suhu bilik. Jika litium logam hendak digunakan dalam sistem bateri, adalah penting untuk memperkenalkan elektrolit bukan akueus.

Pada tahun 1958, Harris mencadangkan untuk menggunakan elektrolit organik sebagai elektrolit bateri logam. Pada tahun 1962, Lockheed Mission dan SpaceCo. Chilton Jr. dari tentera A.S. And Cook mengemukakan idea "sistem elektrolit bukan air litium".

Chilton dan Cook mereka bentuk bateri jenis baharu, yang menggunakan logam litium sebagai katod, Ag, Cu, Ni halida sebagai katod, dan garam logam takat lebur rendah lic1-AlCl3 terlarut dalam propilena karbonat sebagai elektrolit. Walaupun masalah bateri menjadikannya kekal dalam konsep dan bukannya kemungkinan komersial, kerja Chilton dan Cook adalah permulaan penyelidikan bateri litium.

Pada tahun 1970, Panasonic Electric Co. Jepun dan tentera AS secara bebas mensintesis bahan katod baharu - karbon fluorida hampir pada masa yang sama. Karbon fluorida kristal dengan ungkapan molekul (CFx) N (0.5 ≤ x ≤ 1) telah berjaya disediakan oleh Panasonic Electric Co., Ltd. dan digunakan sebagai anod bateri litium. Penciptaan bateri litium fluorida adalah satu langkah penting dalam sejarah pembangunan bateri litium. Ini adalah kali pertama memperkenalkan "kompaun terbenam" ke dalam reka bentuk bateri litium.

Walau bagaimanapun, untuk merealisasikan cas boleh balik dan pelepasan bateri litium, kuncinya ialah keterbalikan tindak balas kimia. Pada masa itu, kebanyakan bateri tidak boleh dicas semula menggunakan anod litium dan elektrolit organik. Untuk merealisasikan bateri boleh dicas semula, saintis mula mengkaji sisipan boleh balik ion litium ke dalam elektrod positif sulfida logam peralihan berlapis.

Stanley Whittingham dari ExxonMobil mendapati bahawa tindak balas kimia interkalasi boleh diukur dengan menggunakan TiS2 berlapis sebagai bahan katod, dan produk nyahcas ialah LiTiS2.

Pada tahun 1976, bateri yang dibangunkan oleh Whittingham mencapai kecekapan awal yang baik. Walau bagaimanapun, selepas mengecas dan menyahcas berulang beberapa kali, dendrit litium terbentuk dalam bateri. Dendrit tumbuh dari kutub negatif ke kutub positif, membentuk litar pintas, yang menyebabkan bahaya menyalakan elektrolit dan akhirnya gagal.

Pada tahun 1989, disebabkan oleh kemalangan kebakaran bateri sekunder litium/molibdenum, kebanyakan syarikat kecuali beberapa telah menarik diri daripada pembangunan bateri sekunder logam litium. Pembangunan bateri sekunder logam litium pada dasarnya dihentikan kerana masalah keselamatan tidak dapat diselesaikan.

Disebabkan oleh kesan buruk daripada pelbagai pengubahsuaian, penyelidikan mengenai bateri sekunder logam litium telah tidak berubah. Akhirnya, para penyelidik memilih penyelesaian radikal: bateri kerusi goyang dengan sebatian terbenam sebagai kutub positif dan negatif bateri sekunder logam litium.

Pada 1980-an, Goodnow mengkaji struktur litium kobalt berlapis dan bahan katod litium nikel oksida di Universiti Oxford, England. Akhirnya, penyelidik menyedari bahawa lebih separuh daripada litium boleh dikeluarkan dari bahan katod secara berbalik. Keputusan ini akhirnya membawa kepada kelahiran The.

Pada tahun 1991, Syarikat SONY melancarkan bateri litium komersial pertama (grafit anod, sebatian litium katod, garam litium cecair elektrod yang dilarutkan dalam pelarut organik). Disebabkan oleh ciri-ciri ketumpatan tenaga yang tinggi dan formulasi berbeza yang boleh menyesuaikan diri dengan persekitaran penggunaan yang berbeza, bateri litium telah dikomersialkan dan digunakan secara meluas di pasaran.