Процес розробки літій-іонних акумуляторів

У 1970 році MS Whittingham з Exxon використав сульфід титану як матеріал катода і металевий літій як матеріал анода для виготовлення першої літієвої батареї. Катодним матеріалом літієвих батарей є діоксид марганцю або тіонілхлорид, анодом – літій. Після того, як акумулятор зібраний, акумулятор має напругу і не потребує заряджання. Літій-іонні батареї (Li-ion Batteries) розроблені з літієвих батарей. Наприклад, кнопкова батарея, яка використовується у камері, є літієвою. Цей тип акумулятора також можна заряджати, але продуктивність циклу не дуже хороша. Кристали літію легко утворюються під час циклу заряду та розряду, що викликає внутрішнє коротке замикання батареї. Тому заряджання такого типу акумулятора взагалі заборонено.

У 1982 році Р. Р. Агарвал і Дж. Р. Селман з Іллінойського технологічного інституту виявили, що іони літію мають характеристики вставного графіту. Цей процес швидкий і оборотний. У той же час небезпеку безпеки літієвих батарей, виготовлених з металевого літію, привертають велику увагу. Тому люди намагалися зробити акумуляторні батареї, використовуючи характеристики іонів літію, вбудованих у графіт. Перший доступний літій-іонний графітовий електрод був успішно виготовлений компанією Bell Laboratories.

У 1983 році М. Теккерей, Дж. Гуденаф та інші виявили, що марганцева шпінель є чудовим катодним матеріалом з низькою ціною, стабільністю та чудовою провідністю та провідністю літію. Його температура розкладання висока, а окислення набагато нижче, ніж у оксиду літій-кобальту. Навіть якщо є коротке замикання або перезаряд, це може уникнути небезпеки горіння та вибуху.

У 1989 році А. Мантірам і Дж. Гуденаф виявили, що позитивний електрод з полімерним аніоном виробляє більш високу напругу.

У 1992 році японська корпорація Sony винайшла літієву батарею з вуглецевим матеріалом в якості негативного електрода і літійвмісною сполукою як позитивним електродом. Під час процесу заряджання та розрядки не міститься металевого літію, тільки іони літію. Це літій-іонний акумулятор. Згодом літій-іонні акумулятори зробили революцію в споживчій електроніці. Цей тип батареї з оксидом літій-кобальту як матеріалом катода є основним джерелом живлення для портативних електронних пристроїв.

У 1996 році Падхі і Гуденаф виявили, що фосфати з олівіновою структурою, такі як літій-залізофосфат (LiFePO4), є безпечнішими, ніж традиційні катодні матеріали, особливо стійкість до високих температур і перезарядження, що значно перевищує традиційні матеріали літій-іонних акумуляторів.

Протягом усієї історії розвитку акумуляторів ми можемо побачити три характеристики сучасного розвитку світової індустрії акумуляторів. Одним з них є швидкий розвиток екологічно чистих акумуляторів, у тому числі літій-іонних, нікель-водневих акумуляторів тощо; інший — перетворення первинних батарей на батареї, що відповідає екологічності. Стратегія розвитку; третій полягає в подальшому розвитку батареї в напрямку малого, легкого і тонкого. Серед комерційних акумуляторних батарей найвищу питому енергію мають літій-іонні батареї, особливо полімерні літій-іонні батареї, які дозволяють отримати більш тонкі акумуляторні батареї. Саме завдяки високій об’ємній питомій енергії та питомій масі літій-іонних батарей, що перезаряджаються та не забруднені, з трьома характеристиками нинішнього розвитку промисловості акумуляторів, він має відносно швидке зростання в розвинених країнах. Розвиток телекомунікаційних та інформаційних ринків, особливо широке використання мобільних телефонів і ноутбуків, відкрив ринкові можливості для літій-іонних акумуляторів. Завдяки своїм унікальним перевагам у безпеці полімерні літій-іонні батареї в літій-іонних акумуляторах поступово замінять літій-іонні акумулятори з рідким електролітом і стануть основним потоком літій-іонних акумуляторів. Полімерна літій-іонна батарея відома як «батарея 21 століття» і відкриє нову еру акумуляторних батарей, а перспективи її розвитку дуже оптимістичні.

У березні 2015 року японець Sharp і професор Танака з Кіотського університету успішно розробили літій-іонний акумулятор з терміном служби до 70 років. Довготривалий літій-іонний акумулятор, виготовлений цього разу, має об’єм 8 кубічних сантиметрів і його можна заряджати та розряджати до 25000 разів. І Sharp сказав, що після того, як довговічний літій-іонний акумулятор фактично заряджено та розрядиться 10000 разів, його продуктивність залишається стабільною.

9 жовтня 2019 року Шведська королівська академія наук оголосила, що Нобелівську премію з хімії 2019 року присудили Джону Гуденафу, Стенлі Віттінгему та Акірі Йошіно на знак визнання їхнього внеску в галузі досліджень і розробок літій-іонних акумуляторів. .