Գլխավոր / Բլոգ / Արդյունաբերություն / Լիթիումային մարտկոցների զարգացում

Լիթիումային մարտկոցների զարգացում

10 Հոկ, 2021

By hoppt

Մարտկոցի սարքի ծագումը կարող է սկսվել Լեյդենի շշի հայտնաբերմամբ։ Լեյդենի շիշն առաջին անգամ հայտնագործվել է հոլանդացի գիտնական Պիտեր վան Մուշենբրուկի կողմից 1745 թվականին: Լեյդեն սափորը պարզունակ կոնդենսատոր սարք է: Այն բաղկացած է երկու մետաղական թիթեղներից, որոնք բաժանված են մեկուսիչով: Վերևում գտնվող մետաղական ձողը օգտագործվում է լիցքը պահելու և ազատելու համար: Երբ դիպչում եք ձողին Երբ օգտագործվում է մետաղյա գնդիկը, Լեյդենի շիշը կարող է պահել կամ հեռացնել ներքին էլեկտրական էներգիան, և դրա սկզբունքն ու պատրաստումը պարզ են: Յուրաքանչյուր հետաքրքրված կարող է այն ինքնուրույն պատրաստել տանը, սակայն դրա ինքնալիցքաթափման երևույթն ավելի սուր է պարզ ուղեցույցի շնորհիվ: Ընդհանուր առմամբ, ամբողջ էլեկտրաէներգիան կթողարկվի մի քանի ժամից մի քանի օրվա ընթացքում: Այնուամենայնիվ, Լեյդենի շշի առաջացումը նոր փուլ է նշում էլեկտրաէներգիայի հետազոտության մեջ:

Leiden շիշ

1790-ականներին իտալացի գիտնական Լուիջի Գալվանին հայտնաբերեց ցինկի և պղնձե լարերի օգտագործումը գորտի ոտքերը միացնելու համար և պարզեց, որ գորտի ոտքերը կծկվում են, ուստի առաջարկեց «բիոէլեկտրականություն» հասկացությունը: Այս հայտնագործությունը ստիպեց իտալացի գիտնական Ալեսանդրոյին կծկվել։ Վոլտայի առարկությունը, Վոլտան կարծում է, որ գորտի ոտքերի թրթռումը գալիս է մետաղի կողմից առաջացած էլեկտրական հոսանքից, այլ ոչ թե գորտի էլեկտրական հոսանքից: Գալվանիի տեսությունը հերքելու համար Վոլտան առաջարկեց իր հայտնի Volta Stack-ը։ Վոլտային կույտը ներառում է ցինկ և պղնձե թիթեղներ, որոնց միջև ընկած է աղի ջրով թաթախված ստվարաթուղթ: Սա առաջարկվող քիմիական մարտկոցի նախատիպն է։
Վոլտային բջիջի էլեկտրոդի ռեակցիայի հավասարումը.

դրական էլեկտրոդ՝ 2H^++2e^-→H_2

բացասական էլեկտրոդ՝ Zn→〖Zn〗^(2+)+2e^-

Վոլտային բուրգ

1836 թվականին բրիտանացի գիտնական Ջոն Ֆրեդերիկ Դանիելլը հորինել է Դանիելի մարտկոցը՝ մարտկոցում օդային պղպջակների խնդիրը լուծելու համար։ Դանիելի մարտկոցն ունի ժամանակակից քիմիական մարտկոցի հիմնական ձևը: Այն բաղկացած է երկու մասից. Դրական մասը ընկղմված է պղնձի սուլֆատի լուծույթի մեջ: Պղնձի մյուս մասը ցինկ է՝ ընկղմված ցինկի սուլֆատի լուծույթի մեջ։ Դանիելի բնօրինակ մարտկոցը լցված էր պղնձի սուլֆատի լուծույթով պղնձե տարայի մեջ և կենտրոնում տեղադրեց կերամիկական ծակոտկեն գլանաձև տարա: Այս կերամիկական տարայի մեջ կա ցինկի ձող և ցինկի սուլֆատ՝ որպես բացասական էլեկտրոդ: Լուծման մեջ կերամիկական տարայի փոքր անցքերը թույլ են տալիս երկու ստեղներին փոխանակել իոնները: Դանիելյան ժամանակակից մարտկոցները հիմնականում օգտագործում են աղի կամուրջներ կամ կիսաթափանցիկ թաղանթներ՝ այս էֆեկտի հասնելու համար: Դանիել մարտկոցները օգտագործվում էին որպես հեռագրական ցանցի էներգիայի աղբյուր, մինչև չոր մարտկոցները փոխարինեցին դրանք:

Դանիելի մարտկոցի էլեկտրոդի ռեակցիայի հավասարումը.

Դրական էլեկտրոդ՝ 〖Cu〗^(2+)+2e^-→Cu

բացասական էլեկտրոդ՝ Zn→〖Zn〗^(2+)+2e^-

Դանիել մարտկոց

Մինչ այժմ որոշվել է մարտկոցի առաջնային ձևը, որը ներառում է դրական էլեկտրոդը, բացասական էլեկտրոդը և էլեկտրոլիտը։ Նման հիմքի վրա մարտկոցները արագ զարգացում են ապրել առաջիկա 100 տարում։ Շատ նոր մարտկոցային համակարգեր են հայտնվել, այդ թվում՝ ֆրանսիացի գիտնական Գաստոն Պլանտեն 1856 թվականին հորինել է կապարաթթվային մարտկոցներ: Կապարաթթվային մարտկոցներ Դրա մեծ ելքային հոսանքը և ցածր գինը մեծ ուշադրություն են գրավել, ուստի այն օգտագործվում է բազմաթիվ շարժական սարքերում, ինչպիսիք են վաղ էլեկտրականությունը: տրանսպորտային միջոցներ. Այն հաճախ օգտագործվում է որպես պահեստային էլեկտրամատակարարում որոշ հիվանդանոցների և բազային կայանների համար: Կապար-թթվային մարտկոցները հիմնականում կազմված են կապարի, կապարի երկօքսիդի և ծծմբաթթվի լուծույթից, և դրանց լարումը կարող է հասնել մոտ 2 Վ-ի։ Նույնիսկ ժամանակակից ժամանակներում կապարաթթվային մարտկոցները չեն վերացվել իրենց հասուն տեխնոլոգիայի, ցածր գների և ջրի վրա հիմնված ավելի անվտանգ համակարգերի պատճառով:

Կապարաթթու մարտկոցի էլեկտրոդի ռեակցիայի հավասարումը.

Positive electrode: PbO_2+〖SO〗_4^(2-)+4H^++2e^-→Pb〖SO〗_4+2H_2 O

Բացասական էլեկտրոդ՝ Pb+〖SO〗_4^(2-)→Pb〖SO〗_4+2e^-

Կապարաթթու մարտկոցներ

Նիկել-կադմիումային մարտկոցը, որը հայտնագործել է շվեդ գիտնական Վալդեմար Յունգները 1899 թվականին, ավելի լայնորեն օգտագործվում է փոքր շարժական էլեկտրոնային սարքերում, ինչպիսիք են վաղ վազքները, քանի որ դրա էներգիայի ավելի խտությունը, քան կապարաթթվային մարտկոցները: Նման է կապարաթթվային մարտկոցներին: Նիկել-կադմիումային մարտկոցները նույնպես լայնորեն օգտագործվում են 1990-ականներից, սակայն դրանց թունավորությունը համեմատաբար բարձր է, և մարտկոցն ինքնին ունի հատուկ հիշողության էֆեկտ: Ահա թե ինչու մենք հաճախ լսում ենք, որ որոշ տարեց մարդիկ ասում են, որ մարտկոցը պետք է ամբողջությամբ լիցքաթափվի նախքան վերալիցքավորումը, և որ թափոնների մարտկոցները կաղտոտեն հողը և այլն: (Նկատի ունեցեք, որ նույնիսկ ընթացիկ մարտկոցները շատ թունավոր են և չպետք է ամենուր դեն նետվեն, սակայն ներկայիս լիթիումային մարտկոցները հիշողության առավելություններ չունեն, և ավելորդ լիցքաթափումը վնասակար է մարտկոցի կյանքի համար:) Նիկել-կադմիումային մարտկոցներն ավելի վնասակար են շրջակա միջավայրի համար, և դրանց ներքին դիմադրությունը կփոխվի ջերմաստիճանի հետ, ինչը կարող է վնաս պատճառել լիցքավորման ընթացքում ավելորդ հոսանքի պատճառով: Նիկել-ջրածնային մարտկոցները աստիճանաբար վերացրել են այն մոտ 2005 թվականին: Մինչ այժմ շուկայում նիկել-կադմիումային մարտկոցներ հազվադեպ են հանդիպում:

Նիկել-կադմիումային մարտկոցի էլեկտրոդի ռեակցիայի հավասարումը.

Positive electrode: 2NiO(OH)+2H_2 O+2e^-→2OH^-+2Ni〖(OH)〗_2

Բացասական էլեկտրոդ՝ Cd+2OH^-→Cd〖(OH)〗_2+2e^-

Նիկել-կադմիումային մարտկոցներ

Լիթիում մետաղական մարտկոցի փուլ

1960-ականներին մարդիկ վերջապես պաշտոնապես մտան լիթիումային մարտկոցների դարաշրջան:

Ինքը՝ լիթիումի մետաղը հայտնաբերվեց 1817 թվականին, և մարդիկ շուտով հասկացան, որ լիթիումի մետաղի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները ի սկզբանե օգտագործվում են որպես մարտկոցների նյութեր: Այն ունի ցածր խտություն (0.534 գ 〖սմ〗^(-3)), մեծ հզորություն (տեսականորեն մինչև 3860 mAh g^(-1)) և ցածր պոտենցիալ (-3.04 Վ՝ համեմատած ստանդարտ ջրածնի էլեկտրոդի հետ)։ Սրանք գրեթե մարդկանց ասում են, որ ես իդեալական մարտկոցի բացասական էլեկտրոդի նյութն եմ: Այնուամենայնիվ, լիթիումի մետաղն ինքնին հսկայական խնդիրներ ունի։ Այն չափազանց ակտիվ է, դաժանորեն արձագանքում է ջրի հետ և ունի բարձր պահանջներ աշխատանքային միջավայրի նկատմամբ: Հետեւաբար, երկար ժամանակ մարդիկ անօգնական էին դրանով։

1913 թվականին Լյուիսը և Քիզը չափեցին լիթիումի մետաղի էլեկտրոդի ներուժը։ Եվ մարտկոցի փորձարկում անցկացրեց լիթիումի յոդիդով պրոպիլամինի լուծույթում որպես էլեկտրոլիտ, թեև այն ձախողվեց:

1958 թվականին Ուիլյամ Սիդնի Հարիսը իր դոկտորական թեզում նշեց, որ նա լիթիում մետաղ է դրել տարբեր օրգանական էսթերային լուծույթների մեջ և դիտել է պասիվացման մի շարք շերտերի ձևավորում (ներառյալ լիթիումի մետաղը պերքլորաթթվի մեջ)։ Լիթիում LiClO_4

Ֆենոմենը պրոպիլեն կարբոնատի PC լուծույթում, և այս լուծույթը ապագայում կենսական էլեկտրոլիտային համակարգ է լիթիումի մարտկոցներում), և նկատվել է իոնային փոխանցման հատուկ երևույթ, ուստի դրա հիման վրա կատարվել են նախնական էլեկտրոլիտային փորձարկումներ: Այս փորձերը պաշտոնապես հանգեցրին լիթիումային մարտկոցների զարգացմանը:

1965 թվականին ՆԱՍԱ-ն խորը ուսումնասիրություն է անցկացրել լիթիումի պերքլորատ PC լուծույթներում Li||Cu մարտկոցների լիցքավորման և լիցքաթափման երևույթների վերաբերյալ։ Այլ էլեկտրոլիտային համակարգեր, ներառյալ LiBF_4, LiI, LiAl〖Cl〗_4, LiCl-ի վերլուծությունը: Այս հետազոտությունը մեծ հետաքրքրություն է առաջացրել օրգանական էլեկտրոլիտային համակարգերի նկատմամբ:

1969 թվականին արտոնագիրը ցույց տվեց, որ ինչ-որ մեկը սկսել է փորձել առևտրայնացնել օրգանական լուծույթի մարտկոցները՝ օգտագործելով լիթիում, նատրիում և կալիում մետաղներ։

1970 թվականին ճապոնական Panasonic կորպորացիան հայտնագործեց Li‖CF_x ┤ մարտկոցը, որտեղ x-ի հարաբերակցությունը սովորաբար 0.5-1 է: CF_x-ը ֆտորածխածին է: Չնայած ֆտոր գազը շատ թունավոր է, ֆտորածխածինը ինքնին սպիտակ գույնի ոչ թունավոր փոշի է: Li‖CF_x ┤ մարտկոցի առաջացումը, կարելի է ասել, առաջին իրական առևտրային լիթիումային մարտկոցն է: Li‖CF_x ┤ մարտկոցը առաջնային մարտկոց է: Այնուամենայնիվ, դրա հզորությունը հսկայական է, տեսական հզորությունը 865 mAh 〖Kg〗^(-1), իսկ լիցքաթափման լարումը շատ կայուն է երկարաժամկետ հեռավորության վրա: Այսպիսով, հզորությունը կայուն է, իսկ ինքնալիցքաթափման երեւույթը՝ փոքր։ Բայց այն ունի աննորմալ արագություն և չի կարող լիցքավորվել: Հետևաբար, այն սովորաբար զուգակցվում է մանգանի երկօքսիդի հետ՝ ստեղծելու համար Li‖CF_x ┤-MnO_2 մարտկոցներ, որոնք օգտագործվում են որպես ներքին մարտկոցներ որոշ փոքր սենսորների, ժամացույցների և այլնի համար և չեն վերացվել:

Դրական էլեկտրոդ՝ CF_x+xe^-+x〖Li〗^+→C+xLiF

Բացասական էլեկտրոդ՝ Li→〖Li〗^++e^-

Li||CFx մարտկոցի սխեմատիկ

1975 թվականին ճապոնական Sanyo կորպորացիան հայտնագործեց Li‖MnO_2 ┤ մարտկոցը, որն առաջին անգամ օգտագործվեց վերալիցքավորվող արևային հաշվիչներում: Սա կարելի է համարել առաջին վերալիցքավորվող լիթիումային մարտկոցը: Թեև այդ արտադրանքը մեծ հաջողություն ունեցավ Ճապոնիայում այն ​​ժամանակ, մարդիկ խորապես չէին հասկանում նման նյութը և չգիտեին դրա լիթիումը և մանգան երկօքսիդը: Ինչպիսի՞ պատճառ է կանգնած արձագանքի հետևում:

Գրեթե միևնույն ժամանակ ամերիկացիները փնտրում էին բազմակի օգտագործման մարտկոց, որը մենք այժմ անվանում ենք երկրորդական մարտկոց։

1972 թվականին MBArmand-ը (որոշ գիտնականների անունները սկզբում չեն թարգմանվել) կոնֆերանսի հոդվածում առաջարկել է M_(0.5) Fe〖(CN)〗_3 (որտեղ M-ը ալկալիական մետաղ է) և պրուսական կապույտ կառուցվածքով այլ նյութեր։ , Եվ ուսումնասիրել է նրա իոնների ինտերկալացիայի երեւույթը։ Իսկ 1973թ.-ին Ջ. Բրոդհեդը և Bell Labs-ի մյուսները ուսումնասիրեցին մետաղների դիքալկոգենիդներում ծծմբի և յոդի ատոմների ինտերկալացիայի ֆենոմենը: Իոնների միջակայքի երևույթի վերաբերյալ այս նախնական ուսումնասիրությունները ամենակարևոր շարժիչ ուժն են լիթիումային մարտկոցների աստիճանական առաջընթացի համար: Բնօրինակ հետազոտությունը ճշգրիտ է այս ուսումնասիրությունների պատճառով, որ հետագայում հնարավոր են դառնում լիթիում-իոնային մարտկոցներ:


1975 թվականին Մարտին Բ. Դայնսը Exxon-ից (Exxon Mobil-ի նախորդը) նախնական հաշվարկներ և փորձեր կատարեց մի շարք անցումային մետաղների երկխալկոգենիդների և ալկալիական մետաղների փոխազդեցության վերաբերյալ, և նույն թվականին Exxon-ը մեկ այլ անուն էր: Գիտնական Մ.Ս. Ուիթինգհեմը արտոնագիր հրապարակեց: Li‖TiS_2 ┤ լողավազանում: Իսկ 1977-ին Exoon-ը առևտրայնացրեց Li-Al‖TiS_2┤-ի վրա հիմնված մարտկոցը, որտեղ լիթիումի ալյումինի համաձուլվածքը կարող է բարձրացնել մարտկոցի անվտանգությունը (չնայած դեռ ավելի էական ռիսկ կա): Դրանից հետո մարտկոցների նման համակարգերը հաջորդաբար օգտագործվել են Eveready-ի կողմից ԱՄՆ-ում։ Battery Company-ի և Grace Company-ի կոմերցիոնացում: Li‖TiS_2 ┤ մարտկոցը կարող է լինել առաջին երկրորդական լիթիումի մարտկոցը իրական իմաստով, և այն նաև այդ ժամանակ ամենաթեժ մարտկոցային համակարգն էր: Այն ժամանակ նրա էներգիայի խտությունը մոտ 2-3 անգամ գերազանցում էր կապարաթթվային մարտկոցներին։

Վաղ Li||TiS2 մարտկոցի սխեմատիկ դիագրամ

Դրական էլեկտրոդ՝ TiS_2+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x TiS_2

Բացասական էլեկտրոդ՝ Li→〖Li〗^++e^-

Միևնույն ժամանակ, կանադացի գիտնական MA Py-ն 2 թվականին հայտնագործեց Li‖MoS_1983┤ մարտկոցը, որը կարող է ունենալ 60-65Wh 〖Kg〗^(-1) էներգիայի խտություն 1/3C-ում, ինչը համարժեք է Li‖TiS_2┤: մարտկոց. Դրա հիման վրա 1987-ին կանադական Moli Energy ընկերությունը գործարկեց իսկապես լայնածավալ առևտրայնացված լիթիումային մարտկոց, որը լայն տարածում գտավ ամբողջ աշխարհում: Սա պետք է լիներ պատմական նշանակալից իրադարձություն, բայց զավեշտն այն է, որ հետագայում նաև Մոլիի անկման պատճառ է դառնում: Այնուհետև 1989 թվականի գարնանը Moli ընկերությունը թողարկեց իր երկրորդ սերնդի Li‖MoS_2┤ մարտկոցների արտադրանքը: 1989 թվականի գարնան վերջում Moli-ի առաջին սերնդի Li‖MoS_2┤ մարտկոցի արտադրանքը պայթեց և լայնածավալ խուճապ առաջացրեց: Նույն տարվա ամռանը բոլոր ապրանքները հետ են կանչվել, տուժածներին փոխհատուցում է տրվել։ Նույն տարվա վերջին Moli Energy-ն սնանկ հայտարարեց և 1990 թվականի գարնանը ձեռք բերվեց Ճապոնիայի NEC-ի կողմից: Հարկ է նշել, որ լուրեր են շրջանառվում, որ այն ժամանակ կանադացի գիտնական Ջեֆ Դանը ղեկավարում էր Մոլիում մարտկոցների նախագիծը: էներգիա և հրաժարական տվեց Li‖MoS_2 ┤ մարտկոցների շարունակական ցուցակագրմանը դեմ իր դեմ լինելու պատճառով:

Դրական էլեկտրոդ՝ MoS_2+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x MoS_2

Բացասական էլեկտրոդ՝ Li→〖Li〗^++e^-

Թայվանը ձեռք է բերել Moli Energy ընկերության ներկայիս 18650 մարտկոցը

Մինչ այժմ լիթիումի մետաղական մարտկոցները աստիճանաբար հեռանում են հանրության տեսադաշտից։ Մենք կարող ենք տեսնել, որ 1970-1980 թվականներին գիտնականների հետազոտությունները լիթիումային մարտկոցների վրա հիմնականում կենտրոնացած էին կաթոդային նյութերի վրա: Վերջնական նպատակը մշտապես կենտրոնացած է անցումային մետաղների դիքալկոգենիդների վրա: Նրանց շերտավոր կառուցվածքի պատճառով (անցումային մետաղների դիքալկոգենիդներն այժմ լայնորեն ուսումնասիրվում են որպես երկչափ նյութ), դրանց շերտերը և Շերտերի միջև կան բավականաչափ բացեր՝ լիթիումի իոնների ներդիրը հարմարեցնելու համար: Այդ ժամանակաշրջանում անոդ նյութերի վերաբերյալ շատ քիչ հետազոտություններ կային: Թեև որոշ ուսումնասիրություններ կենտրոնացել են լիթիումի մետաղի համաձուլման վրա՝ դրա կայունությունը բարձրացնելու համար, լիթիումը ինքնին չափազանց անկայուն է և վտանգավոր: Չնայած Մոլիի մարտկոցի պայթյունը մի իրադարձություն էր, որը ցնցեց աշխարհը, սակայն Լիթիում մետաղական մարտկոցների պայթյունի բազմաթիվ դեպքեր են եղել:

Ավելին, մարդիկ այնքան էլ լավ չգիտեին լիթիումային մարտկոցների պայթյունի պատճառը։ Բացի այդ, լիթիումի մետաղը ժամանակին համարվում էր անփոխարինելի բացասական էլեկտրոդային նյութ՝ շնորհիվ իր լավ հատկությունների: Մոլիի մարտկոցի պայթյունից հետո մարդկանց կողմից լիթիում մետաղական մարտկոցների ընդունումը կտրուկ ընկավ, և լիթիումային մարտկոցները մտան մութ շրջան:

Ավելի անվտանգ մարտկոց ունենալու համար մարդիկ պետք է սկսեն վնասակար էլեկտրոդի նյութից: Այնուամենայնիվ, այստեղ կան մի շարք խնդիրներ. լիթիումի մետաղի պոտենցիալը մակերեսային է, և այլ բարդ բացասական էլեկտրոդների օգտագործումը կբարձրացնի բացասական էլեկտրոդի պոտենցիալը, և այս կերպ, լիթիումային մարտկոցների ընդհանուր պոտենցիալ տարբերությունը կկրճատվի, ինչը կնվազեցնի: փոթորկի էներգիայի խտությունը. Ուստի գիտնականները պետք է գտնեն համապատասխան բարձրավոլտ կաթոդային նյութը։ Միևնույն ժամանակ, մարտկոցի էլեկտրոլիտը պետք է համապատասխանի դրական և բացասական լարումների և ցիկլի կայունությանը: Միևնույն ժամանակ, էլեկտրոլիտի հաղորդունակությունը և ջերմային դիմադրությունն ավելի լավն է: Հարցերի այս շարքը երկար ժամանակ տարակուսում էր գիտնականներին՝ ավելի գոհացուցիչ պատասխան գտնելու համար։

Գիտնականների համար առաջին խնդիրը, որը պետք է լուծի, անվտանգ, վնասակար էլեկտրոդային նյութ գտնելն է, որը կարող է փոխարինել լիթիումի մետաղը: Լիթիումի մետաղն ինքնին չափազանց շատ քիմիական ակտիվություն ունի, և մի շարք դենդրիտների աճի խնդիրներ չափազանց կոշտ են եղել օգտագործման միջավայրի և պայմանների վրա, և դա անվտանգ չէ: Գրաֆիտը այժմ լիթիում-իոնային մարտկոցների բացասական էլեկտրոդի հիմնական մարմինն է, և դրա կիրառումը լիթիումային մարտկոցներում ուսումնասիրվել է դեռևս 1976 թվականին: 1976 թվականին Բեսենհարդը, JO-ն ավելի մանրամասն ուսումնասիրություն է անցկացրել LiC_R-ի էլեկտրաքիմիական սինթեզի վերաբերյալ: Այնուամենայնիվ, թեև գրաֆիտը հիանալի հատկություններ ունի (բարձր հաղորդունակություն, բարձր հզորություն, ցածր պոտենցիալ, իներտություն և այլն), այդ ժամանակ լիթիումային մարտկոցներում օգտագործվող էլեկտրոլիտը հիմնականում վերը նշված LiClO_4 PC լուծույթն է: Գրաֆիտը էական խնդիր ունի. Պաշտպանության բացակայության դեպքում PC-ի էլեկտրոլիտի մոլեկուլները նույնպես կմտնեն գրաֆիտի կառուցվածքը լիթիում-իոնային ինտերկալացիայով, ինչը կհանգեցնի ցիկլի կատարողականի նվազմանը: Հետևաբար, գրաֆիտն այն ժամանակ հավանություն չէր տալիս գիտնականներին:

Ինչ վերաբերում է կաթոդային նյութին, ապա լիթիումի մետաղական մարտկոցի փուլի ուսումնասիրությունից հետո գիտնականները պարզել են, որ լիթիացիոն անոդ նյութը ինքնին նույնպես լիթիումի պահեստավորման նյութ է՝ լավ շրջելիությամբ, օրինակ՝ LiTiS_2,〖Li〗_x V〖Se〗_2 (x =1,2) և այլն, և այս հիման վրա մշակվել են 〖Li〗_x V_2 O_5 (0.35≤x<3), LiV_2 O_8 և այլ նյութեր։ Իսկ գիտնականները աստիճանաբար ծանոթացել են տարբեր 1-չափ իոնային ալիքների (1D), 2-չափ իոնային ներթափանցման (2D) և իոնային հաղորդման եռաչափ ցանցերի կառուցվածքներին:

Պրոֆեսոր Ջոն Բ. Գուդենաֆի ամենահայտնի հետազոտությունը LiCoO_2-ի (LCO) վերաբերյալ նույնպես տեղի ունեցավ այս պահին: 1979 թվականին Գուդենուգդը և այլք. ոգեշնչվել են 2 թվականին NaCoO_1973-ի կառուցվածքի մասին հոդվածից և հայտնաբերել LCO-ն և հրապարակել արտոնագրային հոդված: LCO-ն ունի շերտավոր ինտերկալացիոն կառուցվածք, որը նման է անցումային մետաղների դիսուլֆիդներին, որոնցում լիթիումի իոնները կարող են շրջելիորեն տեղադրվել և արդյունահանվել: Եթե ​​լիթիումի իոններն ամբողջությամբ արդյունահանվեն, կձևավորվի CoO_2-ի փակ կառուցվածք, և այն կարող է նորից տեղադրվել լիթիումի իոններով լիթիումի համար (Իհարկե, իրական մարտկոցը թույլ չի տա լիթիումի իոններն ամբողջությամբ արդյունահանվել, ինչը կհանգեցնի կարողությունների արագ քայքայմանը): 1986 թվականին Ակիրա Յոշինոն, ով դեռ աշխատում էր Ճապոնիայի Asahi Kasei Corporation-ում, առաջին անգամ միավորեց երեքը LCO, coke և LiClO_4 PC լուծումները՝ դառնալով առաջին ժամանակակից լիթիում-իոնային երկրորդային մարտկոցը և դառնալով ներկայիս լիթիումի հիմնաքարը։ մարտկոցը. Sony-ն արագ նկատեց «բավական լավ» ծերունու LCO արտոնագիրը և ստացավ այն օգտագործելու թույլտվություն: 1991 թվականին այն առևտրայնացրեց LCO լիթիում-իոնային մարտկոցը: Լիթիում-իոնային մարտկոցի գաղափարը նույնպես հայտնվեց այս ժամանակ, և դրա գաղափարը նույնպես շարունակվում է մինչ օրս: (Հարկ է նշել, որ Sony-ի առաջին սերնդի լիթիում-իոնային մարտկոցները և Akira Yoshino-ն նույնպես օգտագործում են կոշտ ածխածին որպես բացասական էլեկտրոդ գրաֆիտի փոխարեն, և պատճառն այն է, որ վերը նշված ԱՀ-ն ունի գրաֆիտի ինտերկալացիա):

Դրական էլեկտրոդ՝ 6C+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x C_6

Բացասական էլեկտրոդ՝ LiCoO_2→〖Li〗_(1-x) CoO_2+x〖Li〗^++xe^-

Sony-ի լիթիում-իոնային մարտկոցների առաջին սերնդի ցուցանմուշները

Մյուս կողմից, 1978 թվականին Արմանդ Մ.-ն առաջարկեց օգտագործել պոլիէթիլեն գլիկոլը (PEO) որպես պինդ պոլիմերային էլեկտրոլիտ՝ վերը նշված խնդիրը լուծելու համար, որ գրաֆիտի անոդը հեշտությամբ ներկառուցվում է լուծիչ PC մոլեկուլների մեջ (այդ ժամանակվա հիմնական էլեկտրոլիտը դեռևս: օգտագործում է PC, DEC խառը լուծույթ), որն առաջին անգամ գրաֆիտը դրեց լիթիումային մարտկոցների համակարգում և առաջարկեց ճոճաթոռի մարտկոցի (ճոճաթոռի) հայեցակարգը հաջորդ տարի։ Նման հայեցակարգը շարունակվել է մինչ օրս։ Ներկայիս հիմնական էլեկտրոլիտային համակարգերը, ինչպիսիք են ED/DEC, EC/DMC և այլն, դանդաղորեն ի հայտ եկան միայն 1990-ականներին և այդ ժամանակվանից կիրառվել են:

Նույն ժամանակահատվածում գիտնականները նաև ուսումնասիրել են մի շարք մարտկոցներ՝ Li‖Nb〖Se〗_3 ┤ մարտկոցներ, Li‖V〖SE〗_2 ┤ մարտկոցներ, Li‖〖Ag〗_2 V_4 ┤ O_11 մարտկոցներ, Li‖ Li ‖I_2 ┤Մարտկոցներ և այլն, քանի որ դրանք այժմ ավելի քիչ արժեք ունեն, իսկ հետազոտությունների տեսակները շատ չեն, որպեսզի մանրամասն չներկայացնեմ։

1991 թվականից հետո լիթիում-իոնային մարտկոցների զարգացման դարաշրջանը այն դարաշրջանն է, որում մենք հիմա ենք: Այստեղ ես մանրամասն չեմ ամփոփի մշակման գործընթացը, այլ հակիրճ կներկայացնեմ մի քանի լիթիում-իոնային մարտկոցների քիմիական համակարգը:

Ներածություն ներկայիս լիթիում-իոնային մարտկոցների համակարգերին, ահա հաջորդ մասը:

փակել_սպիտակ
սերտ

Հարցում գրեք այստեղ

պատասխանեք 6 ժամվա ընթացքում, ցանկացած հարց ողջունելի է:

    [class^="wpforms-"]
    [class^="wpforms-"]