Батареяи литий-ион ё батареяи литий-ион (ихтисоршуда бо номи LIB) як навъи батареяи барқгиранда аст.Батареяҳои литий-ионӣ одатан барои электроникаи сайёр ва мошинҳои барқӣ истифода мешаванд ва маъруфияти барномаҳои ҳарбӣ ва аэрокосмосӣ меафзояд.Прототипи батареяи Li-ion аз ҷониби Акира Ёшино дар соли 1985 дар асоси таҳқиқоти қаблии Ҷон Гуденоф, М. Стэнли Уиттингем, Рачид Язами ва Коичи Мизусима дар солҳои 1970-1980 таҳия карда шуд ва сипас батареяи тиҷоратии Li-ion аз ҷониби Гурӯҳи Sony ва Асахи Касеи бо роҳбарии Йошио Ниши соли 1991. Дар соли 2019 Ҷоизаи Нобел дар соҳаи химия ба Ёшино, Гуденоф ва Уиттингем "барои таҳияи батареяҳои литий-ионӣ" дода шуд.

Дар батареяҳо ионҳои литий ҳангоми разряд аз электроди манфӣ тавассути электролит ба электроди мусбӣ ва ҳангоми пуркунӣ бармегарданд.Батареяҳои литийии ион як пайвастагии литийро ҳамчун мавод дар электроди мусбат ва маъмулан графит дар электроди манфӣ истифода мебаранд.Батареяҳо зичии баланди энергия доранд, таъсири хотира надоранд (ба ғайр аз ҳуҷайраҳои LFP) ва худидоракунии кам.Аммо, онҳо метавонанд як хатари бехатарӣ бошанд, зеро онҳо электролитҳои оташгиранда доранд ва дар сурати вайрон шудан ё заряди нодуруст метавонад боиси таркиш ва сӯхтор гардад.Дар пайи сӯхторҳои литий-ион Samsung маҷбур шуд телефонҳои Galaxy Note 7-ро бозхонд ва чанд ҳодисаи марбут ба батареяҳои Boeing 787 рух дод.

Хусусиятҳои химия, кор, арзиш ва бехатарӣ дар намудҳои LIB фарқ мекунанд.Электроникаи дастӣ асосан батареяҳои полимерии литийро (бо гели полимерӣ ҳамчун электролит) бо оксиди кобальти литий (LiCoO2) ҳамчун маводи катод истифода мебарад, ки зичии баланди энергияро пешниҳод мекунад, аммо хатарҳои бехатариро ба вуҷуд меорад, махсусан ҳангоми вайрон шудан.Фосфати оҳани литий (LiFePO4), оксиди марганеци литий (LiMn2O4, Li2MnO3 ё LMO) ва оксиди кобальти марганеци литий (LiNiMnCoO2 ё NMC) зичии камтари энергияро пешниҳод мекунанд, аммо умри дарозтар ва эҳтимоли ками сӯхтор ё таркишро пешниҳод мекунанд.Чунин батареяҳо барои асбобҳои барқӣ, таҷҳизоти тиббӣ ва дигар нақшҳо васеъ истифода мешаванд.NMC ва ҳосилаҳои он дар мошинҳои электрикӣ васеъ истифода мешаванд.

Самтҳои тадқиқоти батареяҳои литий-ионӣ, аз ҷумла дароз кардани мӯҳлати истифода, баланд бардоштани зичии энергия, беҳтар кардани бехатарӣ, кам кардани арзиш ва баланд бардоштани суръати пуркунии барқро дар бар мегиранд.Тадқиқот дар соҳаи электролитҳои оташнашаванда ҳамчун роҳи баланд бардоштани бехатарӣ дар асоси оташгирӣ ва ноустувории ҳалкунандаҳои органикӣ, ки дар электролитҳои маъмулӣ истифода мешаванд, идома дорад.Стратегияҳо батареяҳои обии литий-ион, электролитҳои сахти сафолӣ, электролитҳои полимерӣ, моеъҳои ионӣ ва системаҳои сахт фтордорро дар бар мегиранд.

Батарея бар зидди ҳуҷайра

Ҳуҷайра як воҳиди асосии электрохимиявӣ мебошад, ки дорои электродҳо, сепаратор ва электролит мебошад.

Батарея ё бастаи батарея маҷмӯи ҳуҷайраҳо ё маҷмӯи ҳуҷайраҳо бо манзил, пайвастҳои барқӣ ва эҳтимолан электроника барои назорат ва муҳофизат мебошад.

Электродҳои анодӣ ва катодӣ
Барои ҳуҷайраҳои барқгиранда истилоҳи анод (ё электроди манфӣ) электродеро, ки дар он оксидшавӣ дар ҷараёни разряд сурат мегирад, ифода мекунад;электроди дигар катод (ё электроди мусбат) мебошад.Дар давраи заряднокї электроди мусбат ба анод ва электроди манфї ба катод табдил меёбад.Барои аксари ҳуҷайраҳои литий-ион, электроди литий-оксиди электроди мусбат аст;барои ҳуҷайраҳои титанати литий-ион (LTO), электроди литий-оксиди электроди манфӣ аст.

Таърих

Замина

Батареяи литий-ионии Varta, Осорхонаи Autovision, Altlussheim, Олмон
Батареяҳои литий аз ҷониби кимиёгари бритониёӣ ва барандаи ҷоизаи Нобел дар соли 2019 дар соҳаи кимиё М. Стэнли Уиттингем, ки ҳоло дар Донишгоҳи Бингемтон, ҳангоми кор дар Exxon дар солҳои 1970 пешниҳод шуда буд.Уиттингем ҳамчун электродҳо сулфиди титан (IV) ва металли литийро истифода бурд.Бо вуҷуди ин, ин батареяи литийии барқгиранда ҳеҷ гоҳ амалӣ карда намешавад.Дисульфиди титан интихоби ночиз буд, зеро он бояд дар шароити комилан пӯшида синтез карда шавад ва инчунин хеле гарон буд (~ $1,000 барои як килограмм ашёи хоми дисульфиди титан дар солҳои 1970).Ҳангоми дучор шудан ба ҳаво дисульфиди титан ба реаксия ворид шуда, пайвастагиҳои сулфиди гидрогенро ба вуҷуд меорад, ки бӯи ногувор доранд ва барои аксари ҳайвонот заҳролуд мебошанд.Бо ин ва дигар сабабҳо, Exxon коркарди батареяи литий-титании дисульфиди Уиттингемро қатъ кард.[28]Батареяҳо бо электродҳои металлии литий мушкилоти бехатариро пешниҳод карданд, зеро металли литий бо об реаксия карда, гази гидрогени оташгирандаро хориҷ мекунад.Аз ин рӯ, тадқиқот ба таҳияи батареяҳо ҳаракат кард, ки дар онҳо ба ҷои литийи металлӣ, танҳо пайвастагиҳои литий мавҷуданд, ки қодиранд ионҳои литийро қабул ва озод кунанд.

Интеркалатсияи баръакс дар графит ва интеркалатсия ба оксидҳои катодӣ дар давоми солҳои 1974-76 аз ҷониби ҶО Бесенхард дар ТУ Мюнхен кашф карда шуд.Бесенхард татбиқи онро дар ҳуҷайраҳои литий пешниҳод кард.Таҷзияи электролитҳо ва ҳамбастагии ҳалкунанда ба графит камбудиҳои ҷиддии аввали мӯҳлати хизмати батарея буданд.

Инкишоф

1973 - Адам Ҳеллер батареяи литий хлориди тионилро пешниҳод кард, ки ҳоло ҳам дар дастгоҳҳои тиббии имплантатсияшуда ва дар системаҳои муҳофизатӣ истифода мешавад, ки дар он ҷо мӯҳлати истифода аз 20 сол, зичии баланди энергия ва / ё таҳаммулпазирӣ ба ҳарорати шадиди корӣ лозим аст.
1977 - Самар Басу дар Донишгоҳи Пенсилвания интеркалатсияи электрохимиявии литийро дар графит нишон дод.Ин боиси таҳияи як электроди графити литийии байниҳамдигарӣ дар лабораторияҳои Bell (LiC6) гардид, то алтернатива ба батареяи электроди металлии литийро пешниҳод кунад.
1979 - Дар гурӯҳҳои алоҳида кор карда, Нед А. Годшалл ва дигарон ва чанде пас Ҷон Б. Гуденоф (Донишгоҳи Оксфорд) ва Коичи Мизушима (Донишгоҳи Токио) як ҳуҷайраи литийи барқгирандаро бо шиддат дар диапазони 4 В бо истифода аз литий намоиш доданд. диоксиди кобальт (LiCoO2) ҳамчун электроди мусбат ва металли литий ҳамчун электроди манфӣ.Ин навоварӣ маводи мусбати электродро таъмин кард, ки батареяҳои литийии тиҷории барвақтро фароҳам овард.LiCoO2 як маводи электроди мусбии устувор аст, ки ҳамчун донори ионҳои литий амал мекунад, яъне онро бо маводи электроди манфии ғайр аз металли литий истифода бурдан мумкин аст.Бо имкон додани истифодаи маводҳои электроди манфии устувор ва ба осонӣ идорашаванда, LiCoO2 системаҳои нави батареяи барқгирандаро фаъол сохт.Godshall ва дигарон.минбаъд арзиши шабеҳи пайвастагиҳои литий-оксидҳои металлии гузаранда ба монанди шпинели LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8 ва LiFe5O4 (ва баъдтар маводи катодҳои литий-мис-оксиди ва литий-никел-оксиди дар 1985) муайян карда шуданд.
1980 - Рачид Язами интеркалатсияи баръакси электрохимиявии литийро дар графит нишон дод ва электроди графити литийро (анод) ихтироъ кард.Электролитҳои органикӣ, ки дар он вақт мавҷуд буданд, ҳангоми пуркунӣ бо электроди манфии графит таҷзия мешаванд.Язами як электролити сахтро истифода бурда, нишон дод, ки литийро тавассути механизми электрохимиявӣ ба таври баръакс дар графит муттаҳид кардан мумкин аст.То соли 2011, электроди графити Язами электроди маъмултарин дар батареяҳои тиҷории литий-ион буд.
Электроди манфӣ сарчашмаи худро аз PAS (маводи нимноқили полиасенӣ) дорад, ки Токио Ямабе ва баъдтар аз ҷониби Шжзукуни Ята дар аввали солҳои 1980 кашф шудааст.Тухми ин технология кашфи полимерҳои гузаронанда аз ҷониби профессор Ҳидеки Ширакава ва гурӯҳи ӯ буд ва онро инчунин метавон дид, ки аз батареяи литийи полиацетиленӣ, ки аз ҷониби Алан МакДиармид ва Алан Ҷ. Хигер ва дигарон таҳия шудаанд, оғоз ёфт.
1982 - Годшалл ва дигарон.Патенти ИМА 4,340,652 барои истифодаи LiCoO2 ҳамчун катодҳо дар батареяҳои литий, дар асоси Ph.D Донишгоҳи Стэнфорд Годшалл мукофотонида шуданд.рисола ва нашри соли 1979.
1983 - Майкл М. Такерей, Питер Брюс, Вилям Дэвид ва Ҷон Гуденоф шпинели марганециро ҳамчун маводи аз ҷиҳати тиҷоратӣ мувофиқи катодҳои заряднок барои батареяҳои литий-ион таҳия карданд.
1985 - Акира Йошино як ҳуҷайраи прототипиро бо истифода аз маводи карбонӣ ҷамъ овард, ки ба он ионҳои литийро ҳамчун як электрод ва оксиди кобальти литий (LiCoO2) ҳамчун электрод ворид кардан мумкин аст.Ин бехатариро ба таври назаррас беҳтар кард.LiCoO2 ба истеҳсоли миқёси саноатӣ имкон дод ва батареяи тиҷории литий-ионро фароҳам овард.
1989 - Арумугам Мантирам ва Ҷон Б. Гуденоф синфи полианионии катодҳоро кашф карданд.Онхо нишон доданд, ки электродхои мусбате, ки полианионхо доранд, масалан, сульфатхо аз таъсири индуктивии полианион нисбат ба оксидхо шиддати зиёд хосил мекунанд.Ин синфи полианион дорои маводҳо ба монанди фосфати оҳани литий мебошад.

< идома дорад…>