История литиевых батарей

История литиевой батареи

В 1970 году компания MS Whittingham из Exxon использовала сульфид титана в качестве материала положительного электрода и металлический литий в качестве материала отрицательного электрода для изготовления первой литиевой батареи. Материал положительного электрода литиевой батареи - диоксид марганца или тионилхлорид, а отрицательный электрод - литий. После сборки аккумулятора аккумулятор находится под напряжением и его не нужно заряжать. Литий-ионные батареи (Li-ionBatteries) - это разработка литиевых батарей. Например, батарейка-таблетка, используемая в предыдущей камере, была литиевой. Аккумулятор также можно заряжать, но характеристики цикла не очень хорошие, а кристаллы лития легко образуются во время цикла зарядки и разрядки, вызывая внутреннее короткое замыкание аккумулятора, поэтому, как правило, аккумулятор заряжать запрещено.

В 1982 году университет Технологического института Иллинойса (Технологический институт Иллинойса) RRA Garwal и JRS Elman обнаружили, что внедренный ион лития имеет свойства графита, процесс является быстрым и обратимым. В то же время, большое внимание уделяется проблемам безопасности металлических литиевых батарей, поэтому люди пытаются воспользоваться характеристиками литий-ионных встроенных графитовых аккумуляторов. Первый доступный литий-ионный графитовый электрод успешно изготовлен компанией Bell LABS.

В 1983 году М. Теккерей и Дж. Гуденаф обнаружили, что марганцевая шпинель является прекрасным материалом для положительного электрода с низкой стоимостью, стабильностью, отличной проводимостью и литиевыми направляющими свойствами. Температура разложения высока, а степень окисления намного ниже, чем у кобальтата лития. Даже при коротком замыкании или перезарядке можно избежать риска возгорания и взрыва.

В 1989 г. А. Мантирам и Дж. Гуденаф обнаружили, что положительный электрод с полимерным анионом будет производить более высокое напряжение.

В 1992 году японская корпорация Sony изобрела литиевую батарею с использованием углеродного материала в качестве отрицательного электрода и литийсодержащего соединения в качестве положительного электрода. В процессе заряда и разряда металлический литий не существует, есть только ионы лития, которые являются литий-ионными батареями. Впоследствии литий-ионные батареи произвели революцию в потребительской электронике. Такая батарея, в которой в качестве материала положительного электрода используется кобальтат лития, по-прежнему является основным источником питания для портативных электронных устройств.

В 1996 году Пади и Гуденаф обнаружили, что фосфаты со структурой оливина, такие как фосфат лития-железа (LiFePO4), более безопасны, чем традиционные катодные материалы, особенно устойчивы к высоким температурам, а сопротивление перезаряду намного превосходит традиционные материалы для литий-ионных аккумуляторов. Таким образом, он стал катодным материалом современных литиевых аккумуляторов с сильноточной разрядкой.

На протяжении всей истории разработки аккумуляторов мы можем видеть три характеристики текущего развития мировой аккумуляторной индустрии. Во-первых, быстрое развитие экологически чистых аккумуляторов, в том числе литий-ионных, водородно-никелевых аккумуляторов и т.д .; второй - преобразование первичных батарей в батареи, что соответствует стратегии устойчивого развития; В-третьих, батарея будет развиваться в маленьком, легком и тонком направлении. Среди коммерческих перезаряжаемых батарей литий-ионные батареи имеют самую высокую удельную энергию, особенно полимерные литий-ионные батареи, благодаря которым аккумуляторные батареи становятся более тонкими. Именно потому, что литий-ионные батареи имеют более высокую объемную энергию и массу, чем удельную энергию, могут быть заряжены и не загрязняют окружающую среду, а также обладают тремя характеристиками, характерными для текущего развития аккумуляторной индустрии, поэтому в развитых странах наблюдается быстрый рост. Развитие телекоммуникационных и информационных рынков, особенно широкое использование мобильных телефонов и портативных компьютеров, открыло рыночные возможности для литий-ионных аккумуляторов. Литий-ионный аккумулятор в литий-ионном аккумуляторе постепенно заменит литий-ионный аккумулятор с жидким электролитом, обладая уникальными преимуществами безопасности, и станет основным среди литий-ионных аккумуляторов. Полимерный литий-ионный аккумулятор известен как «аккумулятор 21 века», который открывает новую эру аккумуляторных батарей, и перспективы развития весьма оптимистичны.

В марте 2015 года Шарп и профессор Танака Хён из Киотского университета совместно разработали литий-ионную батарею со сроком службы 70 лет. Полученный в ходе испытаний долговечный литий-ионный аккумулятор имеет объем 8 кубических сантиметров и частоту заряда и разряда 25 000 раз. Sharp заявила, что после того, как литий-ионный аккумулятор с длительным сроком службы будет фактически заряжен и разряжен 10 000 раз, его производительность остается стабильной.

Литий был открыт в 1817 году учеником шведского химика Безилиуса Альфетсоном, который назвал его литием. К 1950 году Накамото и Мэггиен использовали метод электролитического плавления хлорида лития для получения металлического лития, а промышленный литий был предложен Gensa в 1893 году. Литий до сих пор производится электролитическим способом LiCl. Этот метод потребляет большое количество электроэнергии и потребляет от 6000 до 70 000 кВтч на тонну лития.

Литий служил медицине в первую очередь как лекарство от подагры более 100 лет после его рождения. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) впервые признало, что литиевые батареи могут использоваться в качестве эффективных батарей. Это связано с тем, что напряжение аккумулятора тесно связано с активностью металла отрицательного электрода. Как очень активный щелочной металл, литиевые батареи могут обеспечивать более высокое напряжение. Например, литиевая батарея может обеспечивать напряжение 3 В, в то время как свинцовая батарея имеет только 2,1 В, а углеродно-цинковая батарея только 1,5 В. Согласно P = UI, литиевая батарея может выдавать более высокую мощность при том же токе.

Как элемент № 3 литий, существующий в природе, состоит из двух стабильных изотопов, 6Li и 7Li, поэтому относительная атомная масса лития составляет всего 6,9. Это означает, что металлический литий обеспечивает больше электронов, чем другие химически активные металлы при той же массе. Кроме того, у лития есть еще одно преимущество. Поскольку ион лития имеет небольшой ионный радиус, ионы лития с большей вероятностью перемещаются в электролите, чем другие большие ионы, и во время заряда и разряда может быть достигнута эффективная и быстрая миграция между положительным и отрицательным электродами, тем самым позволяя полностью электрохимический процесс. реакция, чтобы продолжить.

Металлический литий имеет много преимуществ, но при производстве литиевых батарей еще предстоит преодолеть множество трудностей. Во-первых, литий - очень активный щелочной металл, который реагирует с водой и кислородом, а также с азотом при комнатной температуре. Это приводит к тому, что хранение, использование или переработка металлического лития намного сложнее, чем других металлов, а экологические требования очень высоки. Поэтому литиевые батареи давно не использовались. Благодаря исследованиям ученых технические препятствия, связанные с литиевыми батареями, были преодолены одна за другой, литиевые батареи постепенно вышли на сцену, а литиевые батареи вошли в крупномасштабную практическую стадию.

Страница содержит содержимое машинного перевода.