Liitiumioonaku hakkab kogu tee kiirustama, lähenedes toiteakule

1800. aastal leiutas Itaalia füüsik Alessandro Volta Volta virna, inimkonna ajaloo esimese patarei. Esimene patarei valmistati tsingi (anood) ja vase (katood) lehtedest ning soolases vees (elektrolüüdis) leotatud paberist, näidates elektri kunstlikku võimalikkust.

Sellest ajast alates on akud pidevat ja stabiilset voolu andva seadmena kogenud rohkem kui 200 aastat ja vastavad jätkuvalt inimeste nõudlusele paindliku elektrikasutuse järele.

Viimastel aastatel on taastuvenergia tohutu nõudluse ja kasvava murega keskkonnasaaste pärast sekundaarpatareid (või akud), mis suudavad muud energiat elektrienergiaks muuta ja seda keemilise energiana salvestada, jätkuvalt energiasse muudatusi toonud. süsteem.

Liitiumaku areng näitab ühiskonna arengut teisest aspektist. Tegelikult põhineb mobiiltelefonide, arvutite, kaamerate ja elektrisõidukite kiire areng liitiumaku tehnoloogia küpsusel.

Chen Gen. Liitiumaku sünd ja ärevus läheneb

Liitiumaku sünd

Akul on positiivsed ja negatiivsed poolused. Positiivne poolus, tuntud ka kui katood, on tavaliselt valmistatud stabiilsematest materjalidest, samas kui negatiivne poolus, tuntud ka kui anood, on tavaliselt valmistatud "väga aktiivsetest" metallmaterjalidest. Positiivsed ja negatiivsed poolused eraldatakse elektrolüüdiga ja salvestatakse keemilise energia kujul.

Kahe pooluse vaheline keemiline reaktsioon tekitab ioone ja elektrone. Need ioonid ja elektronid liiguvad akus, sundides elektrone väljapoole liikuma, moodustades tsükli ja tekitades elektrit.

1970. aastatel ajendas USA naftakriis koos uue energianõudlusega sõjaväes, lennunduses, meditsiinis ja muudes valdkondades otsima taaslaetavaid akusid taastuva puhta energia salvestamiseks.

Kõigist metallidest on liitiumil väga madal erikaal ja elektroodipotentsiaal. Teisisõnu, liitiumpatareide süsteem suudab teoreetiliselt saavutada maksimaalse energiatiheduse, seega on liitium akudisainerite loomulik valik.

Liitium on aga väga reaktiivne ning võib vee või õhuga kokkupuutel põleda ja plahvatada. Seetõttu on liitiumi taltsutamisest saanud akude arendamise võti. Lisaks võib liitium kergesti reageerida toatemperatuuril veega. Kui akusüsteemides kasutatakse metallist liitiumi, on oluline lisada mittevesipõhiseid elektrolüüte.

1958. aastal tegi Harris ettepaneku kasutada metallpatareide elektrolüüdina orgaanilist elektrolüüti. 1962. aastal alustasid Lockheed Mission ja SpaceCo. Chilton Jr USA sõjaväest ja Cook esitas idee "liitiumi mittevesielektrolüütide süsteemist".

Chilton ja Cook kavandasid uut tüüpi aku, mis kasutab katoodina liitiummetalli, katoodina Ag-, Cu-, Ni-halogeniide ja elektrolüüdina propüleenkarbonaadis lahustatud madala sulamistemperatuuriga metallisoola lic1-AlCl3. Kuigi aku probleem paneb selle jääma pigem kontseptsiooni kui ärilise teostatavuse juurde, on Chiltoni ja Cooki töö liitiumpatareide uurimise algus.

1970. aastal sünteesisid Jaapani Panasonic Electric Co. ja USA sõjaväelased peaaegu samal ajal iseseisvalt uue katoodmaterjali – süsinikfluoriidi. Panasonic Electric Co., Ltd. valmistas edukalt kristallilise süsinikfluoriidi (CFx) N molekulaarse ekspressiooniga (0,5 ≤ x ≤ 1) ja seda kasutati liitiumaku anoodina. Liitiumfluoriidpatarei leiutamine on liitiumpatareide arendamise ajaloos oluline samm. See on esimene kord, kui liitiumpatareide disainis tutvustatakse "sisseehitatud ühendit".

Liitiumaku pööratava laadimise ja tühjenemise realiseerimiseks on aga võtmetähtsusega keemilise reaktsiooni pöörduvus. Sel ajal kasutas enamik mittelaetavaid akusid liitiumanoode ja orgaanilisi elektrolüüte. Taaslaetavate akude realiseerimiseks hakkasid teadlased uurima liitiumioonide pöörduvat sisestamist kihilise siirdemetalli sulfiidi positiivsesse elektroodi.

Stanley Whittingham ettevõttest ExxonMobil leidis, et interkalatsiooni keemilist reaktsiooni saab mõõta, kasutades katoodimaterjalina kihilist TiS2 ja tühjendusprodukt on LiTiS2.

1976. aastal saavutas Whittinghami välja töötatud aku hea esialgse kasuteguri. Pärast korduvat laadimist ja tühjendamist tekkisid akus aga liitiumdendriidid. Dendriidid kasvasid negatiivsest poolusest positiivsele poolusele, moodustades lühise, mis põhjustas elektrolüüdi süttimise ohu ja lõpuks ebaõnnestus.

1989. aastal loobus liitium/molübdeensekundaarakude tuleõnnetuse tõttu enamik ettevõtteid, välja arvatud mõned, liitiummetallist sekundaarakude arendamisest. Liitiummetallist sekundaarpatareide väljatöötamine peatati põhimõtteliselt, kuna ohutusprobleemi ei suudetud lahendada.

Erinevate modifikatsioonide halva mõju tõttu on liitiummetallist sekundaarpatareide uurimine soiku jäänud. Lõpuks valisid teadlased radikaalse lahenduse: liitiummetallist sekundaarakude positiivsete ja negatiivsete pooluste sisseehitatud ühenditega kiiktooli aku.

1980. aastatel uuris Goodnow Inglismaal Oxfordi ülikoolis kihilise liitiumkobalaadi ja liitiumnikkeloksiidi katoodmaterjalide struktuuri. Lõpuks mõistsid teadlased, et enam kui poole liitiumist saab katoodimaterjalist eemaldada pöörduvalt. See tulemus viis lõpuks The sünnini.

1991. aastal tõi SONY Company turule esimese kaubandusliku liitiumaku (anoodgrafiit, katoodliitiumiühend, elektroodide vedel liitiumsool, mis on lahustatud orgaanilises lahustis). Tänu suurele energiatihedusele ja erinevatele koostistele, mis võivad kohaneda erinevate kasutuskeskkondadega, on liitiumakusid turustatud ja turul laialdaselt kasutatud.