Litio-ioizko bateria bide osoan hasten da, energia bateria hurbiltzen

1800. urtean, Alessandro Volta fisikari italiarrak Volta pila asmatu zuen, giza historiako lehen bateria. Lehenengo bateria zink (anodoa) eta kobrea (katodoa) xaflez eta ur gazian (elektrolitoa) bustitako paperez egina zegoen, elektrizitatearen aukera artifiziala frogatuz.

Harrezkero, korronte etengabea eta egonkorra eman dezakeen gailu gisa, pilek 200 urte baino gehiagoko garapena izan dute eta jendearen elektrizitatea erabiltzeko malguaren eskaerari erantzuten jarraitzen dute.

Azken urteotan, energia berriztagarrien eskaera handiarekin eta ingurumenaren kutsadurari buruzko kezka gero eta handiagoa dela eta, beste energia mota batzuk energia elektriko bihurtu eta energia kimiko moduan gorde ditzaketen bigarren mailako bateriak (edo bateriak) aldaketak ekartzen jarraitzen dute energian. sistema.

Litiozko bateriaren garapenak gizartearen aurrerapena beste alderdi batetik erakusten du. Izan ere, telefono mugikorren, ordenagailuen, kameraren eta ibilgailu elektrikoen garapen azkarra litiozko bateriaren teknologiaren heldutasunean oinarritzen da.

Chen Gen. Litiozko bateriaren jaiotza eta antsietatea hurbiltzen ari dira

Litiozko bateriaren sorrera

Bateria polo positiboak eta negatiboak ditu. Polo positiboa, katodo bezala ere ezaguna, material egonkorragoz egin ohi da, eta polo negatiboa, anodo bezala ere ezagutzen dena, "oso aktibo" metalezko materialez egin ohi da. Polo positiboak eta negatiboak elektrolitoz bereizten dira eta energia kimiko moduan gordetzen dira.

Bi poloen arteko erreakzio kimikoak ioiak eta elektroiak sortzen ditu. Ioi eta elektroi hauek baterian mugitzen dira, elektroiak kanpora mugitzera behartuz, ziklo bat osatuz eta elektrizitatea sortuz.

1970eko hamarkadan, Ameriketako Estatu Batuetako petrolioaren krisiak, militarren, hegazkinaren, medikuntzaren eta beste alorretan energia eskari berriarekin batera, energia garbi berriztagarriak gordetzeko bateria kargagarrien bilaketa bultzatu zuen.

Metal guztien artean, litioak grabitate espezifiko eta elektrodo potentzial oso baxuak ditu. Beste era batera esanda, litiozko bateria-sistemak energia-dentsitate maximoa lor dezake teorian, beraz, litioa bateria-diseinatzaileen aukera naturala da.

Hala ere, litioa oso erreaktiboa da eta erre eta lehertu egin daiteke uraren edo airearen eraginpean. Hori dela eta, litioa domatzea bateriaren garapenerako gakoa bihurtu da. Gainera, litioak urarekin erraz erreakziona dezake giro-tenperaturan. Baterien sistemetan litio metalikoa erabili behar bada, ezinbestekoa da ur-ez diren elektrolitoak sartzea.

1958an, Harrisek elektrolito organikoa erabiltzea proposatu zuen metalezko bateriaren elektrolito gisa. 1962an, Lockheed Mission eta SpaceCo. AEBetako armadako Chilton Jr. And Cook-ek "litio-elektrolito sistema ez-akuosoaren" ideia aurkeztu zuen.

Chilton eta Cook-ek bateria mota berri bat diseinatu zuten, litio metalikoa katodo gisa, Ag, Cu, Ni halogenuroak katodo gisa eta urtze-puntu baxuko metal gatz lic1-AlCl3 elektrolito gisa propileno karbonatoan disolbatuta erabiltzen dituena. Bateriaren arazoak bideragarritasun komertziala baino kontzeptuan geratzea eragiten duen arren, Chilton eta Cook-en lana litiozko bateriaren ikerketaren hasiera da.

1970ean, Japoniako Panasonic Electric Co. eta AEBetako militarrek modu independentean sintetizatu zuten katodo-material berri bat - karbono fluoruroa ia aldi berean. Karbono fluoruro kristalinoa (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) adierazpen molekularra duen Panasonic Electric Co., Ltd.-k arrakastaz prestatu zuen eta litiozko bateriaren anodo gisa erabili zuen. Litio-fluoruroko bateria asmatzea litio-baterien garapenaren historian urrats garrantzitsua da. Litiozko bateriaren diseinuan "konposatu txertatua" sartzen den lehen aldia da.

Hala ere, litiozko bateriaren karga eta deskarga itzulgarriaz jabetzeko, erreakzio kimikoaren itzulgarritasuna da gakoa. Garai hartan, kargatu gabeko bateria gehienek litio-anodoak eta elektrolito organikoak erabiltzen zituzten. Bateriak kargagarriak egiteko, zientzialariek litio ioiak itzulgarria den txertaketa geruzetako sulfuro metalikoaren elektrodo positiboan aztertzen hasi ziren.

ExxonMobileko Stanley Whittingham-ek aurkitu zuen interkalazio-erreakzio kimikoa neurtu daitekeela TiS2 geruzadun material katodo gisa erabiliz, eta deskarga-produktua LiTiS2 da.

1976an, Whittinghamek garatutako bateriak hasierako eraginkortasun ona lortu zuen. Hala ere, hainbat aldiz kargatu eta deskargatu ondoren, baterian litio-dendritak sortu ziren. Dendritak polo negatibotik polo positibora hazi ziren, zirkuitu labur bat osatuz, eta horrek elektrolitoa pizteko arriskua eragin zuen eta azkenean huts egin zuen.

1989an, litio/molibdenozko bigarren mailako baterien sute-istripuaren ondorioz, enpresa gehienek, gutxi batzuk izan ezik, litio metalezko bigarren mailako pilen garapenetik alde egin zuten. Litio metalezko bigarren mailako baterien garapena, funtsean, gelditu egin zen, segurtasun arazoa ezin zelako konpondu.

Hainbat aldaketaren eragin eskasa dela eta, litio metalezko bigarren mailako bateriari buruzko ikerketa geldirik egon da. Azkenik, ikertzaileek irtenbide erradikal bat aukeratu zuten: kulunkari bateria bat, konposatu txertatuak dituena, litio metalezko bigarren mailako baterien polo positibo eta negatibo gisa.

1980ko hamarkadan, Goodnow-ek litio kobalato eta litio nikel oxido katodoko materialen egitura aztertu zuen Oxfordeko Unibertsitatean, Ingalaterran. Azkenik, ikertzaileak konturatu ziren litioaren erdia baino gehiago katodoaren materialetik modu itzulgarrian ken daitekeela. Emaitza honek azkenean The-ren jaiotza ekarri zuen.

1991n, SONY konpainiak litiozko lehen bateria komertziala (anodo grafitoa, katodoa litio konposatua, elektrodo likidoa litio gatza disolbatzaile organikoan disolbatutakoa) jarri zuen martxan. Energia-dentsitate handiko ezaugarriak eta erabilera-ingurune desberdinetara egokitu daitezkeen formulazio desberdinak direla eta, litiozko bateriak merkaturatu eta asko erabili dira merkatuan.