باتری لیتیوم یونی شروع به تند شدن می کند و به باتری برق نزدیک می شود

در سال 1800، الساندرو ولتا، فیزیکدان ایتالیایی، پشته ولتا، اولین باتری در تاریخ بشر را اختراع کرد. اولین باتری از ورقه های روی (آند) و مس (کاتد) و کاغذ آغشته به آب نمک (الکترولیت) ساخته شده بود که امکان مصنوعی الکتریسیته را نشان می داد.

از آن زمان، باتری‌ها به‌عنوان وسیله‌ای که می‌توانند جریان مداوم و پایداری را ارائه دهند، بیش از 200 سال توسعه را تجربه کرده‌اند و همچنان تقاضای مردم برای استفاده انعطاف‌پذیر از برق را برآورده می‌کنند.

در سال‌های اخیر، با تقاضای زیاد برای انرژی‌های تجدیدپذیر و افزایش نگرانی در مورد آلودگی محیط زیست، باتری‌های ثانویه (یا باتری‌هایی) که می‌توانند اشکال دیگر انرژی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و آن را در قالب انرژی شیمیایی ذخیره کنند، همچنان تغییراتی در انرژی ایجاد می‌کنند. سیستم.

توسعه باتری لیتیومی پیشرفت جامعه را از جنبه دیگری نشان می دهد. در واقع، توسعه سریع تلفن‌های همراه، رایانه‌ها، دوربین‌ها و وسایل نقلیه الکتریکی مبتنی بر بلوغ فناوری باتری‌های لیتیومی است.

چن ژنرال تولد و اضطراب باتری لیتیومی نزدیک است

تولد باتری لیتیومی

باتری دارای قطب های مثبت و منفی است. قطب مثبت که به نام کاتد نیز شناخته می شود، معمولاً از مواد پایدارتری ساخته می شود، در حالی که قطب منفی که آند نیز نامیده می شود، معمولاً از مواد فلزی «بسیار فعال» ساخته می شود. قطب مثبت و منفی توسط الکترولیت جدا شده و به شکل انرژی شیمیایی ذخیره می شود.

واکنش شیمیایی بین دو قطب باعث تولید یون و الکترون می شود. این یون‌ها و الکترون‌ها در باتری حرکت می‌کنند و الکترون‌ها را وادار به حرکت به سمت بیرون می‌کنند و یک چرخه تشکیل می‌دهند و الکتریسیته تولید می‌کنند.

در دهه 1970، بحران نفت در ایالات متحده، همراه با تقاضای برق جدید در زمینه‌های نظامی، هوانوردی، پزشکی و سایر زمینه‌ها، جستجو برای باتری‌های قابل شارژ برای ذخیره انرژی پاک تجدیدپذیر را تحریک کرد.

از بین تمام فلزات، لیتیوم دارای وزن مخصوص و پتانسیل الکترود بسیار پایینی است. به عبارت دیگر، سیستم باتری لیتیومی می تواند در تئوری به حداکثر چگالی انرژی دست یابد، بنابراین لیتیوم انتخاب طبیعی طراحان باتری است.

با این حال، لیتیوم بسیار واکنش پذیر است و در صورت قرار گرفتن در معرض آب یا هوا می تواند بسوزد و منفجر شود. بنابراین، رام کردن لیتیوم به کلید توسعه باتری تبدیل شده است. علاوه بر این، لیتیوم می تواند به راحتی با آب در دمای اتاق واکنش دهد. اگر قرار است از لیتیوم فلزی در سیستم های باتری استفاده شود، معرفی الکترولیت های غیرآبی ضروری است.

در سال 1958، هریس پیشنهاد کرد که از الکترولیت آلی به عنوان الکترولیت باتری فلزی استفاده شود. در سال 1962، Lockheed Mission and SpaceCo. چیلتون جونیور از ارتش ایالات متحده و کوک ایده "سیستم الکترولیت غیرآبی لیتیوم" را مطرح کردند.

چیلتون و کوک نوع جدیدی از باتری را طراحی کردند که از فلز لیتیوم به عنوان کاتد، نقره، مس، نیکل هالید به عنوان کاتد و نمک فلزی با نقطه ذوب پایین lic1-AlCl3 حل شده در کربنات پروپیلن به عنوان الکترولیت استفاده می کند. اگرچه مشکل باتری باعث می‌شود که به جای امکان‌سنجی تجاری، در مفهوم باقی بماند، کار چیلتون و کوک شروعی برای تحقیقات باتری لیتیومی است.

در سال 1970، شرکت پاناسونیک الکتریک ژاپن و ارتش ایالات متحده به طور مستقل یک ماده کاتدی جدید - فلوراید کربن را تقریباً همزمان سنتز کردند. فلوراید کربن کریستالی با بیان مولکولی (CFx) N (0.5 ≤ x ≤ 1) با موفقیت توسط Panasonic Electric Co., Ltd. تهیه شد و به عنوان آند باتری لیتیومی استفاده شد. اختراع باتری لیتیوم فلوراید گام مهمی در تاریخ توسعه باتری لیتیوم است. این اولین بار است که "ترکیب جاسازی شده" را در طراحی باتری لیتیومی معرفی می کند.

با این حال، برای درک شارژ و تخلیه برگشت پذیر باتری لیتیومی، کلید برگشت پذیری واکنش شیمیایی است. در آن زمان، بیشتر باتری های غیر قابل شارژ از آندهای لیتیوم و الکترولیت های آلی استفاده می کردند. به منظور تحقق باتری های قابل شارژ، دانشمندان شروع به مطالعه قرار دادن برگشت پذیر یون های لیتیوم در الکترود مثبت سولفید فلز واسطه لایه ای کردند.

استنلی ویتینگهام از اکسون موبیل دریافت که واکنش شیمیایی درون یابی را می توان با استفاده از TiS2 لایه ای به عنوان ماده کاتد اندازه گیری کرد و محصول تخلیه LiTiS2 است.

در سال 1976، باتری توسعه یافته توسط ویتینگهام به بازده اولیه خوبی دست یافت. با این حال، پس از چندین بار شارژ و دشارژ کردن، دندریت‌های لیتیومی در باتری تشکیل می‌شوند. دندریت ها از قطب منفی به قطب مثبت رشد کردند و یک اتصال کوتاه ایجاد کردند که باعث خطر آتش گرفتن الکترولیت شد و در نهایت از کار افتاد.

در سال 1989، به دلیل حادثه آتش سوزی باتری های ثانویه لیتیوم / مولیبدن، اکثر شرکت ها به جز تعداد کمی از توسعه باتری های ثانویه لیتیوم فلزی کناره گیری کردند. توسعه باتری های ثانویه فلزی لیتیوم اساسا متوقف شد زیرا مشکل ایمنی قابل حل نبود.

به دلیل تاثیر ضعیف تغییرات مختلف، تحقیقات روی باتری ثانویه فلزی لیتیوم راکد بوده است. در نهایت، محققان یک راه حل رادیکال را انتخاب کردند: یک باتری صندلی گهواره ای با ترکیبات تعبیه شده به عنوان قطب های مثبت و منفی باتری های ثانویه فلزی لیتیوم.

در دهه 1980، گودنو ساختار لایه لایه لیتیوم کبالات و مواد کاتد اکسید لیتیوم نیکل را در دانشگاه آکسفورد انگلستان مطالعه کرد. در نهایت، محققان دریافتند که بیش از نیمی از لیتیوم را می توان به صورت برگشت پذیر از مواد کاتد حذف کرد. این نتیجه در نهایت منجر به تولد The.

در سال 1991، شرکت SONY اولین باتری لیتیومی تجاری (گرافیت آند، ترکیب لیتیوم کاتدی، نمک لیتیوم مایع الکترود محلول در حلال آلی) را راه اندازی کرد. با توجه به ویژگی های چگالی انرژی بالا و فرمولاسیون های مختلف که می توانند با محیط های مختلف سازگار شوند، باتری های لیتیومی تجاری شده و به طور گسترده در بازار استفاده می شوند.