Lityum iyon pil, güç piline yaklaşarak tüm yol boyunca hızla ilerlemeye başlar

1800 yılında İtalyan fizikçi Alessandro Volta, insanlık tarihindeki ilk pil olan Volta pilini icat etti. İlk pil, elektriğin yapay olasılığını gösteren, tuzlu suya (elektrolit) batırılmış çinko (anot) ve bakır (katot) tabakalardan ve kağıttan yapılmıştır.

O tarihten bu yana sürekli ve kararlı akım sağlayabilen bir cihaz olarak piller, 200 yılı aşkın bir gelişim süreci geçirmiş ve insanların esnek elektrik kullanım talebini karşılamaya devam etmektedir.

Son yıllarda yenilenebilir enerjiye olan talebin büyük olması ve çevre kirliliğine ilişkin endişelerin artmasıyla birlikte, diğer enerji türlerini elektrik enerjisine dönüştürebilen ve kimyasal enerji şeklinde depolayabilen ikincil piller (veya piller), enerji alanında değişiklikler getirmeye devam ediyor. sistem.

Lityum pilin gelişimi bir başka açıdan toplumun ilerlemesini gösteriyor. Aslında cep telefonlarının, bilgisayarların, kameraların ve elektrikli araçların hızla gelişmesi, lityum pil teknolojisinin olgunluğuna dayanıyor.

Chen Gen. Lityum pilin doğuşu ve endişesi yaklaşıyor

Lityum pilin doğuşu

Pilin pozitif ve negatif kutupları vardır. Katot olarak da bilinen pozitif kutup genellikle daha kararlı malzemelerden yapılırken, anot olarak da bilinen negatif kutup genellikle "yüksek derecede aktif" metal malzemelerden yapılır. Pozitif ve negatif kutuplar elektrolit ile ayrılır ve kimyasal enerji şeklinde depolanır.

İki kutup arasındaki kimyasal reaksiyon iyonları ve elektronları üretir. Bu iyonlar ve elektronlar pilin içinde hareket ederek elektronları dışarı doğru hareket etmeye zorlayarak bir döngü oluşturur ve elektrik üretir.

1970'lerde Amerika Birleşik Devletleri'ndeki petrol krizi, askeri, havacılık, tıp ve diğer alanlardaki yeni enerji talebiyle birleştiğinde, yenilenebilir temiz enerjiyi depolamak için şarj edilebilir pil arayışını teşvik etti.

Tüm metaller arasında lityumun özgül ağırlığı ve elektrot potansiyeli çok düşüktür. Başka bir deyişle, lityum pil sistemi teoride maksimum enerji yoğunluğuna ulaşabiliyor, bu nedenle lityum pil tasarımcılarının doğal tercihi.

Ancak lityum oldukça reaktiftir ve suya veya havaya maruz kaldığında yanabilir ve patlayabilir. Bu nedenle lityumun evcilleştirilmesi pil geliştirmenin anahtarı haline geldi. Ayrıca lityum oda sıcaklığında suyla kolaylıkla reaksiyona girebilir. Akü sistemlerinde metal lityum kullanılacaksa, sulu olmayan elektrolitlerin eklenmesi şarttır.

1958'de Harris, metal pilin elektroliti olarak organik elektrolitin kullanılmasını önerdi. 1962'de Lockheed Mission ve SpaceCo. ABD ordusundan Chilton Jr. And Cook, "lityum sulu olmayan elektrolit sistemi" fikrini ortaya attı.

Chilton ve Cook, katot olarak lityum metali, katot olarak Ag, Cu, Ni halojenürleri ve elektrolit olarak propilen karbonatta çözünmüş düşük erime noktalı metal tuzu lic1-AlCl3'ü kullanan yeni bir pil türü tasarladı. Pilin sorunu ticari fizibiliteden çok konseptte kalmasını sağlasa da Chilton ve Cook'un çalışması lityum pil araştırmasının başlangıcını oluşturuyor.

1970 yılında, Japonya'daki Panasonic Electric Co. ve ABD ordusu bağımsız olarak yeni bir katot malzemesi olan karbon florürü neredeyse aynı anda sentezlediler. (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) moleküler ifadesine sahip kristalin karbon florür, Panasonic Electric Co., Ltd. tarafından başarıyla hazırlandı ve lityum pilin anotu olarak kullanıldı. Lityum florür pilin icadı, lityum pil gelişim tarihinde önemli bir adımdır. Bu, lityum pil tasarımına "gömülü bileşik"in ilk kez dahil edilmesidir.

Bununla birlikte, lityum pilin tersinir şarj ve deşarjını gerçekleştirmek için anahtar, kimyasal reaksiyonun tersinirliğidir. O zamanlar şarj edilemeyen pillerin çoğunda lityum anotlar ve organik elektrolitler kullanılıyordu. Şarj edilebilir pilleri gerçekleştirmek için bilim adamları, lityum iyonlarının katmanlı geçiş metali sülfürün pozitif elektroduna tersinir şekilde yerleştirilmesini incelemeye başladı.

ExxonMobil'den Stanley Whittingham, katot malzemesi olarak katmanlı TiS2 kullanılarak interkalasyon kimyasal reaksiyonunun ölçülebileceğini ve deşarj ürününün LiTiS2 olduğunu buldu.

1976 yılında Whittingham tarafından geliştirilen batarya iyi bir başlangıç ​​verimliliğine ulaştı. Ancak birkaç kez tekrarlanan şarj ve deşarj sonrasında pilde lityum dendritler oluştu. Dendritler negatif kutuptan pozitif kutba doğru büyüyerek kısa devre oluşturdular, bu da elektrolitin tutuşması tehlikesine neden oldu ve sonuçta başarısız oldu.

1989 yılında, lityum/molibden ikincil pillerinde çıkan yangın kazası nedeniyle, birkaç şirket dışında çoğu şirket, lityum metal ikincil pillerin geliştirilmesinden çekildi. Güvenlik sorunu çözülemediği için lityum metal ikincil pillerin geliştirilmesi temelde durduruldu.

Çeşitli modifikasyonların zayıf etkisi nedeniyle, lityum metal ikincil pil üzerine yapılan araştırmalar durgun kalmıştır. Son olarak araştırmacılar radikal bir çözüm seçtiler: lityum metal ikincil pillerin pozitif ve negatif kutupları olarak gömülü bileşikler içeren bir sallanan sandalye pili.

1980'lerde Goodnow, İngiltere'deki Oxford Üniversitesi'nde katmanlı lityum kobalat ve lityum nikel oksit katot malzemelerinin yapısını inceledi. Son olarak araştırmacılar, lityumun yarısından fazlasının katot malzemesinden geri dönüşümlü olarak uzaklaştırılabileceğini fark etti. Bu sonuç nihayet The'nin doğuşuna yol açtı.

1991 yılında, SONY Company ilk ticari lityum pili (anot grafit, katot lityum bileşiği, organik çözücüde çözünmüş elektrot sıvı lityum tuzu) piyasaya sürdü. Yüksek enerji yoğunluğu ve farklı kullanım ortamlarına uyum sağlayabilen farklı formülasyon özellikleri nedeniyle lityum piller ticarileşmiş ve piyasada yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır.