La batteria agli ioni di litio inizia a correre completamente, avvicinandosi alla batteria di alimentazione

Nel 1800, Alessandro Volta, un fisico italiano, inventò la pila Volta, la prima batteria della storia umana. La prima batteria era costituita da fogli di zinco (anodo) e rame (catodo) e carta imbevuta di acqua salata (elettrolita), a dimostrazione della possibilità artificiale dell'elettricità.

Da allora, come dispositivo in grado di fornire corrente continua e stabile, le batterie hanno vissuto più di 200 anni di sviluppo e continuano a soddisfare la domanda delle persone per un uso flessibile dell'elettricità.

Negli ultimi anni, con l’enorme domanda di energia rinnovabile e la crescente preoccupazione per l’inquinamento ambientale, le batterie secondarie (o batterie) in grado di convertire altre forme di energia in energia elettrica e immagazzinarla sotto forma di energia chimica continuano ad apportare modifiche al sistema energetico sistema.

Lo sviluppo della batteria al litio mostra il progresso della società sotto un altro aspetto. Infatti, il rapido sviluppo di telefoni cellulari, computer, fotocamere e veicoli elettrici si basa sulla maturità della tecnologia delle batterie al litio.

Chen Gen. La nascita e l'ansia della batteria al litio si stanno avvicinando

La nascita della batteria al litio

La batteria ha poli positivi e negativi. Il polo positivo, noto anche come catodo, è solitamente realizzato con materiali più stabili, mentre il polo negativo, noto anche come anodo, è solitamente realizzato con materiali metallici "altamente attivi". I poli positivo e negativo sono separati dall'elettrolita e immagazzinati sotto forma di energia chimica.

La reazione chimica tra i due poli produce ioni ed elettroni. Questi ioni ed elettroni si muovono nella batteria, costringendo gli elettroni a spostarsi verso l'esterno, formando un ciclo e generando elettricità.

Negli anni ’70, la crisi petrolifera negli Stati Uniti, insieme alla nuova domanda di energia nel settore militare, dell’aviazione, della medicina e in altri campi, stimolò la ricerca di batterie ricaricabili per immagazzinare energia rinnovabile e pulita.

Di tutti i metalli, il litio ha un peso specifico e un potenziale dell'elettrodo molto bassi. In altre parole, il sistema di batterie al litio può raggiungere in teoria la massima densità di energia, quindi il litio è la scelta naturale dei progettisti di batterie.

Tuttavia, il litio è altamente reattivo e può bruciare ed esplodere se esposto all'acqua o all'aria. Pertanto, domare il litio è diventata la chiave per lo sviluppo delle batterie. Inoltre, il litio può facilmente reagire con l'acqua a temperatura ambiente. Se si intende utilizzare il litio metallico nei sistemi a batteria, è essenziale introdurre elettroliti non acquosi.

Nel 1958, Harris propose di utilizzare l'elettrolita organico come elettrolita della batteria metallica. Nel 1962, Lockheed Mission e SpaceCo. Chilton Jr. dell'esercito americano e Cook hanno proposto l'idea di un "sistema elettrolitico al litio non acquoso".

Chilton e Cook hanno progettato un nuovo tipo di batteria, che utilizza litio metallico come catodo, alogenuri di Ag, Cu e Ni come catodo e sale metallico a basso punto di fusione lic1-AlCl3 disciolto nel carbonato di propilene come elettrolita. Sebbene il problema della batteria lo spinga a rimanere nel concetto piuttosto che nella fattibilità commerciale, il lavoro di Chilton e Cook rappresenta l'inizio della ricerca sulle batterie al litio.

Nel 1970, la Panasonic Electric Co. del Giappone e l'esercito americano sintetizzarono indipendentemente quasi contemporaneamente un nuovo materiale catodico: il fluoruro di carbonio. Il fluoruro di carbonio cristallino con l'espressione molecolare di (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) è stato preparato con successo da Panasonic Electric Co., Ltd. e utilizzato come anodo della batteria al litio. L'invenzione della batteria al fluoruro di litio è un passo importante nella storia dello sviluppo delle batterie al litio. Questa è la prima volta che viene introdotto il "composto incorporato" nella progettazione della batteria al litio.

Tuttavia, per realizzare la carica e la scarica reversibili della batteria al litio, la chiave è la reversibilità della reazione chimica. A quel tempo, la maggior parte delle batterie non ricaricabili utilizzava anodi di litio ed elettroliti organici. Per realizzare batterie ricaricabili, gli scienziati hanno iniziato a studiare l'inserimento reversibile degli ioni di litio nell'elettrodo positivo di solfuro di metallo di transizione stratificato.

Stanley Whittingham della ExxonMobil ha scoperto che la reazione chimica di intercalazione può essere misurata utilizzando TiS2 stratificato come materiale catodico e il prodotto di scarica è LiTiS2.

Nel 1976, la batteria sviluppata da Whittingham raggiunse una buona efficienza iniziale. Tuttavia, dopo ripetute operazioni di carica e scarica per diverse volte, nella batteria si sono formati dendriti di litio. I dendriti crescevano dal polo negativo al polo positivo, formando un cortocircuito che causava il pericolo di accendere l'elettrolita e alla fine falliva.

Nel 1989, a causa dell’incendio delle batterie secondarie al litio/molibdeno, la maggior parte delle aziende, tranne poche, si ritirarono dallo sviluppo delle batterie secondarie al litio metallico. Lo sviluppo delle batterie secondarie al litio metallico è stato sostanzialmente interrotto perché non è stato possibile risolvere il problema della sicurezza.

A causa dello scarso effetto delle varie modifiche, la ricerca sulla batteria secondaria al litio metallico è rimasta stagnante. Alla fine, i ricercatori hanno scelto una soluzione radicale: una batteria per sedia a dondolo con composti incorporati come poli positivo e negativo delle batterie secondarie al litio metallico.

Negli anni '80, Goodnow ha studiato la struttura dei materiali catodici stratificati di cobalato di litio e ossido di litio e nichel presso l'Università di Oxford, in Inghilterra. Alla fine, i ricercatori si sono resi conto che più della metà del litio può essere rimossa dal materiale del catodo in modo reversibile. Questo risultato portò infine alla nascita di The.

Nel 1991, SONY Company ha lanciato la prima batteria al litio commerciale (anodo di grafite, catodo composto di litio, elettrodo di sale di litio liquido disciolto in solvente organico). A causa delle caratteristiche di elevata densità energetica e di diverse formulazioni che possono adattarsi a diversi ambienti di utilizzo, le batterie al litio sono state commercializzate e ampiamente utilizzate sul mercato