Te whanaketanga o nga pākahiko lithium

Ka timata pea te takenga mai o te taputapu pākahiko i te kitenga o te pounamu Leiden. Ko te pounamu Leiden i hangaia tuatahi e te kaiputaiao Tatimana a Pieter van Musschenbroek i te tau 1745. Ko te ipu a Leyden he taputapu punga hiko. E rua nga papa whakarewa e wehea ana e te kaitao. Ko te rakau whakarewa i runga ka whakamahia hei penapena me te tuku utu. Ka pa ana koe ki te rakau Ina whakamahia te poi whakarewa, ka taea e te pounamu Leiden te pupuri, te tango ranei i te hiko hiko o roto, a he ngawari tana kaupapa me tana whakaritenga. Ka taea e te hunga e pirangi ana ki te mahi ko ia anake ki te kainga, engari he kino ake te ahua o te tukunga whaiaro na tana aratohu ngawari. Ko te tikanga, ka whakakorehia nga hiko katoa i roto i etahi haora ki etahi ra. Heoi, ko te putanga mai o te pounamu Leiden he tohu hou mo te rangahau hiko.

I te tekau tau atu i 1790, ka kitea e te kaiputaiao Itari a Luigi Galvani te whakamahi i nga waea konutea me nga waea parahi hei hono i nga waewae poroka ka kitea ka korikori nga waewae poroka, no reira ka whakaaro ia ki te "bioelectricity." Na tenei kitenga i wiri te kaiputaiao Itari a Alessandro. Ko te whakahē a Volta, e whakapono ana a Volta ko te korikoritanga o nga waewae o te poroka i ahu mai i te iahiko hiko i mahia e te konganuku, kaua i te hiko o te poroka. Hei whakahē i te ariā o Galvani, ka tono a Volta i tana Volta Stack rongonui. Kei roto i te puiao ngaohiko he konutea me nga pepa parahi me te kaata kua purua ki te wai tote i waenganui. Koinei te tauira o te pākahiko matū e whakaarohia ana.
Te whārite tauhohenga hiko o te pūtau puia:

hiko pai: 2H^++2e^-→H_2

hiko kino: Zn→〖Zn〗^(2+)+2e^-

I te tau 1836, i hangaia e te kaiputaiao Ingarangi a John Frederic Daniell te pākahiko Daniel hei whakaoti i te raru o nga mirumiru hau i roto i te pākahiko. Ko te pākahiko Daniel te ahua tuatahi o te pākahiko matū hou. E rua nga wahanga. Ko te wahi pai ka rumakina ki te wairewa konukura sulfate. Ko tetahi atu wahanga o te parahi he konutea i rumakina ki te wairewa konutea pūkawa ngawha. Ko te pākahiko Daniel taketake i whakakiia ki te wairewa konukura sulfate i roto i te ipu parahi, ka kuhuna he ipu porotakaro potakaro uku ki waenganui. I roto i tenei ipu uku, he rakau konutea me te konutea pūkawa ngawha hei hiko kino. I roto i te otinga, ko nga rua iti i roto i te ipu uku ka taea e nga ki e rua te whakawhiti katote. Ko nga pākahiko Daniel o naianei te nuinga o te whakamahi i nga piriti tote me nga kiriuhi ahua-permeable hei whakatutuki i tenei paanga. I whakamahia nga pākahiko Daniel hei puna hiko mo te whatunga waea waea tae noa ki te whakakapi i nga pākahiko maroke.

Ko te whārite tauhohenga hiko o te pākahiko Daniel:

Te hiko pai: 〖Cu〗^(2+)+2e^-→Cu

hiko kino: Zn→〖Zn〗^(2+)+2e^-

I tenei wa, kua whakatauhia te ahua tuatahi o te pākahiko, kei roto ko te electrode pai, te hiko kino, me te electrolyte. I runga i tenei kaupapa, kua tere te whanaketanga o nga pākahiko i roto i nga tau 100 e whai ake nei. He maha nga punaha pākahiko hou kua puta, tae atu ki te kaiputaiao Wīwī a Gaston Planté i hanga pūhiko mata-waikawa i te tau 1856. Nga pākahiko Lead-waikawa Ko te nui o te putanga me te iti o te utu kua aro nuitia, no reira ka whakamahia i roto i te maha o nga taputapu pūkoro, penei i te hiko o mua. waka. He maha nga wa e whakamahia ana hei tuku hiko mo etahi o nga hohipera me nga teihana turanga. Ko te nuinga o nga pākahiko mata-waikawa ko te mata, te hauhā mata, me te wairewa waikawa pungatara, a ka tae atu te ngaohiko ki te 2V. Ahakoa i enei wa hou, kaore ano kia whakakorehia nga pākahiko waikawa-a-wai na te mea kua pakeke te hangarau, te iti o nga utu, me te pai ake o nga punaha wai.

Te whārite tauhohenga hiko o te pākahiko mata-waikawa:

Positive electrode: PbO_2+〖SO〗_4^(2-)+4H^++2e^-→Pb〖SO〗_4+2H_2 O

Te hiko kino: Pb+〖SO〗_4^(2-)→Pb〖SO〗_4+2e^-

Ko te pākahiko nickel-cadmium, i hangaia e te kaiputaiao Huitene Waldemar Jungner i te tau 1899, he nui ake te whakamahi i roto i nga taputapu hiko waea pūkoro iti, penei i nga tangata hikoi moata, na te kaha ake o te kaha o te kaha i nga pākahiko lead-waikawa. He rite ki nga pākahiko mata-waikawa. Ko nga pākahiko Nickel-cadmium kua whakamahia nuitia mai i nga tau 1990, engari he nui te paitini, a ko te pākahiko ano he paanga mahara motuhake. Koia te take ka rongo tatou i etahi o nga pakeke e kii ana me tino whakakorea te pākahiko i mua i te whakakii, ka pokea te whenua e nga papahiko para, aha atu. (Kia mahara ko nga pākahiko o naianei he tino paitini, kaua hoki e maka atu ki nga waahi katoa, engari karekau he painga o te mahara o nga pākahiko lithium o naianei, me te nui o te tukunga he kino ki te ora o te pākahiko.) Ko nga pākahiko Nickel-cadmium he kino ake te taiao, me o raatau. Ka huri te parenga o roto ki te pāmahana, ka raru pea na te nui o te naianei i te wa e utu ana. I te tau 2005 ka whakakorea e nga pākahiko nickel-hydrogen. I tenei wa, he uaua te kite i nga pākahiko nickel-cadmium i te maakete.

Te whārite tauhohenga hiko o te pākahiko nickel-cadmium:

Positive electrode: 2NiO(OH)+2H_2 O+2e^-→2OH^-+2Ni〖(OH)〗_2

Te hiko kino: Cd+2OH^-→Cd〖(OH)〗_2+2e^-

Te wahanga pākahiko whakarewa Lithium

I te tekau tau atu i 1960, ka uru mana nga tangata ki te waa o nga pākahiko lithium.

Ko te konganuku lithium ake i kitea i te tau 1817, katahi ka mohio te iwi ko nga taonga tinana me nga matū o te whakarewa lithium ka whakamahia hei rauemi mo nga pākahiko. He iti te kiato (0.534g 〖cm〗^(-3)), te kaha nui (te ariā tae noa ki te 3860mAh g^(-1)), me te iti o te kaha (-3.04V i whakaritea ki te hiko hiko hiko). E tata ana enei ki te korero ki nga taangata ko ahau te taonga hiko kino o te pākahiko pai. Heoi ano, he nui nga raru o te whakarewa lithium. He kaha rawa, he kaha te urupare ki te wai, he nui nga whakaritenga mo te taiao whakahaere. Na reira, mo te wa roa, karekau te tangata ki a ia.

I te tau 1913, i inehia e Lewis raua ko Keyes te kaha o te hiko whakarewa lithium. Na ka whakahaerehia he whakamatautau pākahiko me te lithium iodide i roto i te otinga propylamine hei electrolyte, ahakoa i rahua.

I te tau 1958, i kii a William Sidney Harris i roto i tana tuhinga whakapae i tukuna e ia te konganuku lithium i roto i nga momo rongoa hākawa rauropi me te kite i te hanganga o te raupapa o nga paparanga passivation (tae atu ki te whakarewa lithium i roto i te waikawa perchloric). Lithium LiClO_4

Ko te ahuatanga i roto i te otinga PC o te propylene carbonate, a ko tenei otinga he punaha hiko hiko i roto i nga pākahiko lithium a meake nei), a kua kitea he ahuatanga tuku katote motuhake, na reira i mahia etahi whakamatautau electrodeposition tuatahi i runga i tenei. Ko enei whakamatautau i arahi mana ki te whanaketanga o nga pākahiko lithium.

I te tau 1965, i whakahaerehia e NASA tetahi rangahau hohonu mo nga ahuatanga o te utu me te tukunga o nga pākahiko Li||Cu i roto i nga otinga PC lithium perchlorate. Ko etahi atu punaha electrolyte, tae atu ki te tātaritanga o LiBF_4, LiI, LiAl〖Cl〗_4, LiCl, Na tenei rangahau i aro nui ki nga punaha electrolyte waro.

I te tau 1969, i whakaatuhia e te patent kua timata tetahi ki te hokohoko i nga pākahiko otinga pararopi ma te whakamahi lithium, konutai, me nga konganuku pāhare pāporo.

I te tau 1970, i hangaia e te Panasonic Corporation o Hapani te pākahiko Li‖CF_x ┤, ko te 0.5-1 te ōwehenga o te x. Ko te CF_x he fluorocarbon. Ahakoa he tino paitini te hau fluorine, ko te fluorocarbon ake he paura ma kore-paitini. Ko te putanga o te pākahiko Li‖CF_x ┤ ka kiia ko te pākahiko lithium arumoni tuatahi. Ko te pākahiko Li‖CF_x ┤ te pākahiko tuatahi. Heoi ano, he nui tona kaha, ko te kaha whakaaro ko te 865mAh 〖Kg〗^(-1), a he tino pumau tona ngaohiko tuku i roto i te waa-roa. No reira, ka pumau te mana me te iti o te ahuatanga o te tukunga whaiaro. Engari he kino te reiti o te reiti kaore e taea te utu. No reira, i te nuinga o te waa ka honoa ki te konupora hauhā hei hanga pākahiko Li‖CF_x ┤-MnO_2, ka whakamahia hei pākahiko o roto mo etahi pukoro iti, karaka, aha atu, kaore ano kia whakakorehia.

Te hiko pai: CF_x+xe^-+x〖Li〗^+→C+xLiF

Te hiko kino: Li→〖Li〗^++e^-

I te tau 1975, i hangaia e te Sanyo Corporation o Hapani te pākahiko Li‖MnO_2 ┤, i whakamahia tuatahi ki roto i nga taapata solar rechargeable. Ka taea te kiia ko te pākahiko lithium rechargeable tuatahi. Ahakoa he tino angitu tenei hua i Hapani i tera wa, kaore te tangata i te tino mohio ki nga mea penei, kaore hoki i te mohio ki tana lithium me te konupora dioxide. He aha te ahua o te take kei muri i te tauhohenga?

I te wa ano, kei te rapu nga Amelika mo te pākahiko ka taea te whakamahi, e kiia nei he pākahiko tuarua.

I te tau 1972, MBArmand (kaore i whakamaoritia nga ingoa o etahi kaiputaiao i te timatanga) i roto i te pepa hui M_(0.5) Fe〖(CN)〗_3 (ko M he konganuku kawakore) me etahi atu rawa he hanganga puru Prussian. , A ka ako i tana ahuatanga intercalation katote. A, i te tau 1973, i ako a J. Broadhead me etahi atu o Bell Labs i te ahuatanga o te whakawhitiwhiti o nga ngota whanariki me te iodine i roto i nga dichalcogenides whakarewa. Ko enei rangahau tuatahi e pa ana ki te ahuatanga o te whakawhitiwhiti katote te mea nui mo te ahu whakamua o nga pākahiko lithium. Ko te rangahau taketake he tino tika na enei rangahau i muri mai ka taea nga pākahiko lithium-ion.

I te tau 1975, i whakahaerehia e Martin B. Dines o Exxon (te mua o Exxon Mobil) nga tatauranga me nga whakamatautau mo te whakawhitiwhiti i waenga i te raupapa o nga dichalcogenides whakarewa whakawhiti me nga konganuku alkali, a i taua tau ano, ko Exxon tetahi ingoa ko Scientist MS Whittingham i whakaputa he patent. i runga Li‖TiS_2 ┤ puna. A, i te tau 1977, i hokohoko a Exoon i te pākahiko i runga i te Li-Al‖TiS_2┤, ka taea e te konumohe lithium te konumohe te whakarei ake i te haumaru o te pākahiko (ahakoa he nui ake te tupono). Whai muri i tera, ko enei punaha pākahiko kua whakamahia e Eveready i te United States. Te hokohoko o te Kamupene Battery me te Kamupene Grace. Ka taea e te pākahiko Li‖TiS_2 ┤ te pākahiko lithium tuarua tuatahi i roto i te tikanga pono, a koinei hoki te punaha pākahiko tino wera i tera wa. I taua wa, he 2-3 wa te kiato o te kaha o nga pākahiko mata-waikawa.

Te hiko pai: TiS_2+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x TiS_2

Te hiko kino: Li→〖Li〗^++e^-

I taua wa ano, i hangaia e te kaiputaiao Kanata a MA Py te pākahiko Li‖MoS_2┤ i te tau 1983, ka taea te 60-65Wh 〖Kg〗^(-1) ki te 1/3C, he rite ki te Li‖TiS_2┤ pūhiko. I runga i tenei, i te tau 1987, i whakarewahia e te kamupene Kanata a Moli Energy tetahi pākahiko lithium tino hokohoko nui, e rapuhia ana i te ao katoa. Ko te tikanga he huihuinga nui tenei o mua, engari ko te mea whakapouri ko te mea kei te heke ano a Moli i muri mai. Na i te puna o te tau 1989, ka whakarewahia e te Kamupene Moli ana reanga tuarua Li‖MoS_2┤ hua pākahiko. I te mutunga o te puna o te tau 1989, ka pahū te reanga tuatahi a Moli Li‖MoS_2┤ hua pākahiko, ka puta he mataku nui. I te raumati o taua tau ano, ka hoki mai nga hua katoa, ka utua nga patunga. I te mutunga o taua tau ano, i kii a Moli Energy i te kaihautanga ka riro mai i te NEC o Japan i te puna o te tau 1990. He mea tika kia whakahuahia ko te korero ko Jeff Dahn, he kaiputaiao Kanata i tera wa, i arahi i te kaupapa pākahiko i Moli. Te kaha me te rīhaina nā tana whakahē ki te whakarārangi tonu o ngā pākahiko Li‖MoS_2 ┤.

Te hiko pai: MoS_2+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x MoS_2

Te hiko kino: Li→〖Li〗^++e^-

I tenei wa, kua wehe haere nga pākahiko lithium i te tirohanga a te marea. Ka kite tatou i te waa mai i te 1970 ki te 1980, ko te rangahau a nga kaiputaiao mo nga pākahiko lithium i aro nui ki nga rauemi cathode. Ko te whainga whakamutunga ka aro tonu ki nga dichalcogenides whakarewa whakawhiti. Na to ratou hanganga paparanga (whakawhitinga konganuku dichalcogenides kua akona nuitia inaianei hei rauemi ahu-rua), o ratou papa me He nui nga mokowhiti i waenga i nga paparanga hei whakauru i te whakauru o nga katote lithium. I tera wa, he iti rawa te rangahau mo nga rawa anode i tenei waa. Ahakoa kua aro etahi rangahau ki te whakakotahitanga o te konganuku lithium hei whakarei ake i tona pumau, ko te konganuku lithium ano he tino koretake me te kino. Ahakoa ko te pahūtanga o te pākahiko a Moli he huihuinga i ohorere te ao, he maha nga keehi o te pahūtanga o nga pākahiko whakarewa lithium.

I tua atu, kaore nga tangata i mohio ki te take o te pahū o nga pākahiko lithium. I tua atu, ko te whakarewa lithium i kiia he taonga hiko kino e kore e taea te whakakapi na te pai o ona ahuatanga. Whai muri i te pahūtanga o te pākahiko a Moli, ka heke te whakaae a te tangata ki nga pākahiko whakarewa lithium, ka uru nga pākahiko lithium ki roto i te waa pouri.

Kia noho haumaru ake te pākahiko, me timata te tangata ki nga taonga hiko kino. Heoi ano, he maha nga raruraru kei konei: he iti te kaha o te whakarewa lithium, me te whakamahi i etahi atu electrodes kino ka nui ake te kaha o te hiko hiko, me tenei ara, nga pākahiko lithium Ka iti ake te rereketanga o te kaha, ka whakaitihia. te kiato pūngao o te āwhā. Na reira, me rapu nga kaiputaiao i nga rawa cathode ngaohiko teitei e rite ana. I te wa ano, me taurite te electrolyte o te pākahiko ki nga ngaohiko pai me te kino me te pumau o te huringa. I te wa ano, he pai ake te kawe o te electrolyte Me te wera wera. Ko tenei raupapa o nga patai i pohehe nga kaiputaiao mo te wa roa ki te rapu whakautu pai ake.

Ko te raru tuatahi hei whakaoti ma nga kaiputaiao ko te kimi i tetahi rauemi hiko haumaru, kino hei whakakapi i te whakarewa lithium. Ko te whakarewa lithium ake he nui rawa te mahi matū, me te raupapa o nga raruraru tipu o te dendrite kua tino kaha ki te whakamahi i te taiao me nga tikanga, a kaore i te haumaru. Ko te Graphite te tinana matua o te hiko kino o nga papahiko lithium-ion, a, ko tana tono i roto i nga papahiko lithium kua akohia i te timatanga o 1976. I te 1976, Besenhard, JO kua whakahaeretia he rangahau taipitopito mo te whakahiato hiko o LiC_R. Heoi, ahakoa he tino pai nga ahuatanga o te graphite (te kawe teitei, te kaha nui, te iti o te kaha, te ngoikore, me etahi atu), i taua wa, ko te electrolyte e whakamahia ana i roto i nga pākahiko lithium ko te otinga PC o LiClO_4 kua whakahuahia i runga ake nei. He raru nui te graphite. I te kore o te whakamarumaru, ka uru ano nga ngota ngota PC electrolyte ki te hanganga graphite me te whakawhitinga lithium-ion, ka puta te heke o te mahi huringa. No reira, karekau te graphite i pai ki nga kaiputaiao i tera wa.

Mo nga rauemi cathode, i muri i te rangahau o te papahiko lithium whakarewa, i kitea e nga kaiputaiao ko te mea anode lithiation ano he taonga rokiroki lithium me te pai o te whakahoki, penei i te LiTiS_2, 〖Li〗_x V〖Se〗_2 (x =1,2) me etahi atu, a, i runga i tenei kaupapa, kua whakawhanakehia 〖Li〗_x V_2 O_5 (0.35≤x<3), LiV_2 O_8 me etahi atu rauemi. A kua waia haere nga kaiputaiao ki nga momo hongere katote ahu-1 (1D), wawaotanga katote paparanga-2 (2D), me nga hanganga whatunga tuku katote ahu-3.

I puta ano te rangahau rongonui a Ahorangi John B. Goodenough mo LiCoO_2 (LCO) i tenei wa. I te tau 1979, Goodenougd et al. i whakaaweahia e tetahi tuhinga mo te hanganga o NaCoO_2 i 1973 ka kitea te LCO me te whakaputa i tetahi tuhinga patent. Ko te LCO he hanganga whakawhitinga paparanga he rite ki nga disulfides whakarewa whakawhiti, ka taea te whakauru me te tango i nga katote lithium. Mena ka tangohia katoatia nga katote lithium, ka hangaia he hanganga tata o CoO_2, a ka taea te whakauru ano ki nga katote lithium mo te lithium (Ko te tikanga, kaore te pākahiko pono e tuku i nga katote lithium kia tangohia katoatia, e ka tere te pirau o te kaha). I te tau 1986, ko Akira Yoshino, e mahi tonu ana i Asahi Kasei Corporation i Hapani, i whakakotahi i te toru o te otinga LCO, coke, me te LiClO_4 PC mo te wa tuatahi, ka noho hei papahiko tuarua lithium-ion hou tuatahi me te noho lithium o naianei Ko te kohatu kokonga o te pākahiko. I kite wawe a Sony i te patent LCO o te koroua "pai" ka whiwhi mana ki te whakamahi. I te tau 1991, i hokohoko te pākahiko lithium-ion LCO. I puta ano te kaupapa o te pākahiko lithium-ion i tenei wa, a kei te haere tonu tana whakaaro ki tenei ra. (E tika ana kia mohio ko nga papahiko lithium-ion tuatahi a Sony me Akira Yoshino e whakamahi ana i te waro pakeke hei hikohiko kino hei utu mo te graphite, a ko te take ko te PC kei runga ake he intercalation i roto i te graphite)

Te hiko pai: 6C+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x C_6

Hiko hiko kino: LiCoO_2→〖Li〗_(1-x) CoO_2+x〖Li〗^++xe^-

I tetahi atu ringa, i te tau 1978, i kii a Armand, M. ki te whakamahi i te polyethylene glycol (PEO) hei polymer electrolyte totoka hei whakaoti i te raru i runga ake nei he ngawari te whakauru o te anode graphite ki roto i nga ngota ngota PC whakarewa (ko te electrolyte auraki i tera wa tonu. ka whakamahi i te PC, te otinga whakauru DEC), nana i whakauru te graphite ki roto i te punaha pākahiko lithium mo te wa tuatahi, me te whakaaro i te kaupapa o te pākahiko toka (rocking-chair) i te tau e whai ake nei. Ka mau tonu taua whakaaro ki tenei wa. Ko nga punaha electrolyte auraki o naianei, penei i te ED/DEC, EC/DMC, me etahi atu, i puhoi puhoi mai i nga tau 1990 ka whakamahia mai ano.

I taua wa ano, i tirotirohia ano e nga kaiputaiao etahi raupapa pākahiko: Li‖Nb〖Se〗_3 ┤ pākahiko, Li‖V〖SE〗_2 ┤ pākahiko, Li‖〖Ag〗_2 V_4 ┤ O_11 pākahiko, Li‖CuO,┤ Li ‖I_2 ┤Batteries, etc., na te mea he iti ake te utu inaianei, a, kaore i te maha nga momo rangahau kia kore ai e whakamaaramahia e au.

• Pūhiko Li-ion whakangungu

Ko te wa o te whanaketanga pākahiko lithium-ion i muri mai i te tau 1991 ko te waa kei roto tatou inaianei. I konei kare au e whakarapopoto i nga mahi whanaketanga engari ka whakaatu poto i te punaha matū o etahi pākahiko lithium-ion.

He kupu whakataki ki nga punaha pākahiko lithium-ion o naianei, koinei te waahanga e whai ake nei.