22 лет персонализации аккумуляторов
Dec 18, 2019 Вид страницы：541
Литий-ионные аккумуляторы сегодня известны во всем мире как самые мощные аккумуляторные батареи. Но многие не знают, что эти батареи прошли долгий путь к тому, чем они являются сегодня. Более того, есть еще много возможностей для улучшения. Ученые всего мира все еще работают над тем, чтобы батареи работали лучше, обеспечивая при этом безопасность.
Представители организации, получившей Нобелевскую премию, недавно признали, что литий-ионный аккумулятор из-за его легкости и мощности теперь является частью каждого дома. Батареи обладают непревзойденной емкостью, что делает их идеальными для работы систем накопления энергии для солнечной и ветровой энергии. Таким образом, мир движется к обществу, свободному от ископаемых видов топлива.
Когда была изобретена литий-ионная батарея?
В 1970-х годах огромный нефтяной кризис поразил весь мир. Эта катастрофа вдохновила Стэнли Уиттингема, английского химика, придумать долговременное решение. В то время он работал в компании Exxon Mobile, что еще больше вдохновило его на идею батареи, которая могла бы иметь способность к самоперезарядке. Он придумал такую батарею, которая могла бы устранить зависимость человека от ископаемого топлива.
Первая попытка разработать эти батареи началась в 1970 году. Ученые пытались найти батарею, которая питала бы все. Это изобретение произошло одновременно с изобретением портативной электроники, электромобилей и мобильных телефонов.
Несколько недель назад три гениальных ума, Джон Б. Гуденаф, Стэнли Уиттингем и Акира Йошино были удостоены Нобелевской премии по химии. Этот жест стал признательностью за вклад в разработку литий-ионной батареи.
Откуда литий для батарей?
Литий поступает из двух основных источников; шахты и рассольная вода. Среди этих двух последний перерабатывает около 87% мирового лития, что делает его основным источником.
Литий из рассольной воды
Есть несколько источников солевой воды, из которых извлекается литий. Среди них соленые озера или салары, содержащие наибольшее количество металла. Они расположены в Боливии, Аргентине и Чили.
Из салара литий извлекается в виде карбоната лития. Это сырье, используемое в литий-ионных батареях.
Процесс изготовления этого материала довольно прост. Все, что для этого требуется, - это естественное испарение, как при добыче морской соли. В результате остается литий и другие металлы, включая магний, кальций, натрий и калий.
В океанской воде самая низкая концентрация лития. По оценкам, он содержит всего около 0,17 частей на миллион. Однако в случае морской воды 20% лития можно легко восстановить с помощью мембран, фильтров и ионообменных смол.
Добыча рассола
Это очень длительный процесс, который занимает от восьми месяцев до трех лет. Различные ученые продолжают исследования, чтобы разработать технологию, которая может извлекать литий и другие металлы из солевой воды. Они сосредоточены на использовании геотермальных электростанций. Если это удастся, геотермальный рассол может ускорить сбор лития, чем даже его испарение.
Рассол нефтепромысловый
Рассол на нефтяных месторождениях - это соленая вода, которая пузырится при бурении нефтяных скважин. Этот литий собирается и используется в промышленности.
Более традиционные шахты
13% лития в мире добывается на традиционных рудниках. В твердых породах (пегматитах) содержание лития даже выше, чем в рассоле. Но процесс очень дорогостоящий.
Каково развитие и будущее литий-ионных аккумуляторов?
Виттингем начал свой проект с первого использования дисульфида титана и металлического лития. Их соединили для создания электродов. Однако с ними было так много проблем. Например, они пришли с серьезными опасениями по поводу безопасности. В какой-то момент произошло короткое замыкание батарей, и они загорелись. Стэнли пришлось остановить эксперимент и, возможно, вернуться к чертежной доске.
Поскольку эта идея уже находилась в стадии реализации, многие другие ученые были заинтересованы в ее реализации. Джон Б. Гуденаф был одним из таких умов. У него была другая идея, и он хотел попробовать, с другими материалами.
В 1980 году Гуденаф ввел литий-кобальт в качестве катода и отказался от дисульфида титана. На тот момент результаты были обнадеживающими: появилась более безопасная батарея с удвоенной энергией.
Идея Уиттингема получила импульс, который мог изменить будущее батарей. Но даже в этом случае он не был даже близок к совершенству, и многое могло пойти не так. Вероятность короткого замыкания была снижена, а способность удерживать мощность увеличилась. Но все же было что-то, что можно было сделать, чтобы выявить реальную мощность литий-ионных батарей.
На данный момент Акира Ёсино из Университета Мейджо в Нагое, Япония, присоединился к делу, чтобы улучшить то, что начали двое других. Он сделал важный обмен, который заложил основу для литий-ионных батарей, которые мы видим сегодня.
Йошино не использовал металлический литий в качестве анода из-за его высокой реакционной способности. Вместо этого он ввел в ситуацию углеродистый металл и нефтяной кокс. Эти два элемента открывают двери для революционных открытий. Теперь батареи стали не только безопаснее, но и стали работать стабильнее.
Так мир получил первый прототип литий-ионного аккумулятора. Сегодня мы можем наслаждаться использованием батарей, потому что лучшие умы работали над тем, чтобы сделать вещи еще лучше.
Первое коммерческое производство литий-ионных аккумуляторов было в начале 1990-х годов. В ранних литий-ионных батареях литий обратимо перемещался между катодом и анодом. Его назвали креслом-качалкой, которым воспользовались Лаццари и Серосати. Появились и другие разработки, например, лаборатории Гуденаф представили литиированный оксид переходного металла.
На современном рынке лития не все так просто. Есть много дополнительных рынков как для больших, так и для маленьких устройств. Были добавлены улучшенные функции для повышения производительности и безопасности. Например, теперь в этих батареях в качестве катода используется LiCoO2.
С появлением электронных велосипедов и электромобилей спрос на более мощные батареи продолжает расти. Литий-ионные батареи вышли на первое место, и нам еще предстоит увидеть лучшие улучшения.
Заключение
Литий-ионные батареи - самые используемые батареи в мире. Нет никаких сомнений в том, что будущее этой химии все еще открыто, поскольку ученые продолжают работать над ее улучшением. Поскольку они ищут аккумуляторы с лучшими характеристиками; мы не можем с уверенностью сказать, где будущее литий-ионных аккумуляторов. Но мы точно знаем, что грядут лучшие вещи.
Оставить сообщение
Мы скоро свяжемся с вами
