แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเริ่มวิ่งไปจนใกล้แบตเตอรี่พลังงาน

ในปี ค.ศ. 1800 อเลสซานโดร โวลตา นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี ได้ประดิษฐ์โวลตาสแต็ค ซึ่งเป็นแบตเตอรี่ก้อนแรกในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ แบตเตอรี่ก้อนแรกทำจากแผ่นสังกะสี (แอโนด) และทองแดง (แคโทด) และกระดาษแช่ในน้ำเกลือ (อิเล็กโทรไลต์) แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้เทียมของไฟฟ้า

นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ในฐานะอุปกรณ์ที่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่องและเสถียร แบตเตอรี่มีประสบการณ์การพัฒนามากว่า 200 ปี และยังคงตอบสนองความต้องการของผู้คนในการใช้ไฟฟ้าอย่างยืดหยุ่น

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยความต้องการพลังงานทดแทนจำนวนมากและความกังวลเกี่ยวกับมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมแบตเตอรี่สำรอง (หรือแบตเตอรี่) ที่สามารถแปลงพลังงานรูปแบบอื่นให้เป็นพลังงานไฟฟ้าและกักเก็บในรูปของพลังงานเคมียังคงนำการเปลี่ยนแปลงมาสู่พลังงานอย่างต่อเนื่อง ระบบ.

การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าของสังคมจากอีกแง่มุมหนึ่ง ในความเป็นจริง การพัฒนาอย่างรวดเร็วของโทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์ กล้องถ่ายรูป และยานพาหนะไฟฟ้านั้นขึ้นอยู่กับความสมบูรณ์ของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียม

Chen Gen. การเกิดและความวิตกกังวลของแบตเตอรี่ลิเธียมกำลังใกล้เข้ามา

การกำเนิดของแบตเตอรี่ลิเธียม

แบตเตอรี่มีขั้วบวกและขั้วลบ ขั้วบวกหรือที่เรียกว่าแคโทดมักทำจากวัสดุที่มีความเสถียรมากกว่า ในขณะที่ขั้วลบหรือที่เรียกว่าขั้วบวกมักทำจากวัสดุโลหะที่ "มีความว่องไวสูง" ขั้วบวกและขั้วลบจะถูกแยกออกจากกันด้วยอิเล็กโทรไลต์และเก็บไว้ในรูปของพลังงานเคมี

ปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างขั้วทั้งสองทำให้เกิดไอออนและอิเล็กตรอน ไอออนและอิเล็กตรอนเหล่านี้เคลื่อนที่ในแบตเตอรี่ บังคับให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ออกไปด้านนอก ก่อตัวเป็นวงจรและผลิตกระแสไฟฟ้า

ในทศวรรษ 1970 วิกฤตการณ์น้ำมันในสหรัฐอเมริกา ประกอบกับความต้องการพลังงานใหม่ในด้านการทหาร การบิน การแพทย์ และสาขาอื่นๆ ได้กระตุ้นให้เกิดการค้นหาแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้เพื่อกักเก็บพลังงานสะอาดที่หมุนเวียนได้

ในบรรดาโลหะทั้งหมด ลิเธียมมีความถ่วงจำเพาะและศักยภาพของอิเล็กโทรดต่ำมาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง ระบบแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถบรรลุความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดในทางทฤษฎี ดังนั้นลิเธียมจึงเป็นทางเลือกที่เป็นธรรมชาติของนักออกแบบแบตเตอรี่

อย่างไรก็ตาม ลิเธียมมีปฏิกิริยาสูงและสามารถเผาไหม้และระเบิดได้เมื่อสัมผัสกับน้ำหรืออากาศ ดังนั้นการฝึกฝนลิเธียมจึงกลายเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาแบตเตอรี่ นอกจากนี้ลิเธียมสามารถทำปฏิกิริยากับน้ำได้อย่างง่ายดายที่อุณหภูมิห้อง หากจะใช้โลหะลิเธียมในระบบแบตเตอรี่ จำเป็นต้องใส่อิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ใช่น้ำ

ในปีพ.ศ. 2501 แฮร์ริสเสนอให้ใช้อิเล็กโทรไลต์อินทรีย์เป็นอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่โลหะ ในปี 1962 ภารกิจของ Lockheed และ SpaceCo Chilton Jr. แห่งกองทัพสหรัฐฯ And Cook หยิบยกแนวคิดเรื่อง "ระบบอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่มีน้ำเป็นลิเธียม"

Chilton and Cook ออกแบบแบตเตอรี่ประเภทใหม่ ซึ่งใช้โลหะลิเธียมเป็นแคโทด Ag, Cu, Ni เฮไลด์เป็นแคโทด และเกลือโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ lic1-AlCl3 ละลายในโพรพิลีนคาร์บอเนตเป็นอิเล็กโทรไลต์ แม้ว่าปัญหาของแบตเตอรี่จะทำให้แบตเตอรี่อยู่ในแนวคิดมากกว่าความเป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์ งานของ Chilton และ Cook ถือเป็นจุดเริ่มต้นของการวิจัยแบตเตอรี่ลิเธียม

ในปี 1970 บริษัท Panasonic Electric ของญี่ปุ่นและกองทัพสหรัฐฯ สังเคราะห์วัสดุแคโทดชนิดใหม่อย่างอิสระ - คาร์บอนฟลูออไรด์เกือบจะในเวลาเดียวกัน ผลึกคาร์บอนฟลูออไรด์ที่มีการแสดงออกทางโมเลกุลของ (CFx) N (0.5 ≤ x ≤ 1) ได้รับการจัดเตรียมโดย Panasonic Electric Co., Ltd. และใช้เป็นขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียม การประดิษฐ์แบตเตอรี่ลิเธียมฟลูออไรด์ถือเป็นก้าวสำคัญในประวัติศาสตร์การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียม นี่เป็นครั้งแรกที่แนะนำ "สารประกอบฝังตัว" ในการออกแบบแบตเตอรี่ลิเธียม

อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ทราบถึงการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมแบบพลิกกลับได้ กุญแจสำคัญคือการย้อนกลับของปฏิกิริยาเคมี ในเวลานั้น แบตเตอรี่ที่ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ส่วนใหญ่ใช้ลิเธียมแอโนดและอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ เพื่อที่จะตระหนักถึงแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ นักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มศึกษาการแทรกซึมของลิเธียมไอออนแบบพลิกกลับได้เข้าไปในขั้วบวกของโลหะทรานซิชันซัลไฟด์แบบหลายชั้น

Stanley Whittingham จาก ExxonMobil พบว่าปฏิกิริยาเคมีแบบอินเทอร์คาเลชันสามารถวัดได้โดยใช้ TiS2 แบบเป็นชั้นเป็นวัสดุแคโทด และผลิตภัณฑ์คายประจุคือ LiTiS2

ในปี 1976 แบตเตอรี่ที่พัฒนาโดย Whittingham ได้รับประสิทธิภาพเริ่มต้นที่ดี อย่างไรก็ตาม หลังจากชาร์จและคายประจุซ้ำหลายครั้ง ลิเธียมเดนไดรต์จะก่อตัวขึ้นในแบตเตอรี่ เดนไดรต์ขยายจากขั้วลบไปยังขั้วบวก ทำให้เกิดการลัดวงจร ซึ่งทำให้อิเล็กโทรไลต์เกิดอันตรายและล้มเหลวในที่สุด

ในปี 1989 เนื่องจากอุบัติเหตุไฟไหม้ของแบตเตอรี่ลิเธียม/โมลิบดีนัมทุติยภูมิ บริษัทส่วนใหญ่ยกเว้นเพียงไม่กี่แห่งจึงถอนตัวจากการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลทุติยภูมิ โดยทั่วไปแล้วการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมโลหะสำรองต้องหยุดลงเนื่องจากปัญหาด้านความปลอดภัยไม่สามารถแก้ไขได้

เนื่องจากการปรับเปลี่ยนต่างๆ ส่งผลไม่ดี การวิจัยเกี่ยวกับแบตเตอรี่สำรองโลหะลิเธียมจึงหยุดนิ่ง ในที่สุด นักวิจัยได้เลือกวิธีแก้ปัญหาที่รุนแรง นั่นคือ แบตเตอรี่เก้าอี้โยกที่มีสารประกอบฝังอยู่เป็นขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่รองโลหะลิเธียม

ในช่วงทศวรรษ 1980 Goodnow ศึกษาโครงสร้างของวัสดุลิเธียมโคบาเลตแบบชั้นและวัสดุแคโทดลิเธียมนิกเกิลออกไซด์ที่มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด ประเทศอังกฤษ ในที่สุด นักวิจัยก็ตระหนักว่าลิเธียมมากกว่าครึ่งหนึ่งสามารถถูกกำจัดออกจากวัสดุแคโทดแบบย้อนกลับได้ ผลลัพธ์นี้นำไปสู่การกำเนิดของ The ในที่สุด

ในปี 1991 บริษัท SONY ได้เปิดตัวแบตเตอรี่ลิเธียมเชิงพาณิชย์ตัวแรก (กราไฟท์แอโนด สารประกอบลิเธียมแคโทด เกลือลิเธียมของเหลวอิเล็กโทรดละลายในตัวทำละลายอินทรีย์) เนื่องจากลักษณะของความหนาแน่นของพลังงานสูงและสูตรที่แตกต่างกันที่สามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมการใช้งานที่แตกต่างกัน แบตเตอรี่ลิเธียมจึงถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์และใช้กันอย่างแพร่หลายในตลาด