A bateria de íon de lítio começa a avançar, aproximando-se da bateria de energia

Em 1800, Alessandro Volta, um físico italiano, inventou a pilha Volta, a primeira bateria da história da humanidade. A primeira bateria foi feita de folhas de zinco (ânodo) e cobre (cátodo) e papel embebido em água salgada (eletrólito), demonstrando a possibilidade artificial da eletricidade.

Desde então, como um dispositivo que pode fornecer corrente contínua e estável, as baterias passaram por mais de 200 anos de desenvolvimento e continuam a atender à demanda das pessoas por um uso flexível de eletricidade.

Nos últimos anos, com a enorme procura por energias renováveis ​​e a crescente preocupação com a poluição ambiental, as baterias secundárias (ou baterias) que podem converter outras formas de energia em energia eléctrica e armazená-la sob a forma de energia química continuam a trazer mudanças ao sistema energético. sistema.

O desenvolvimento da bateria de lítio mostra o progresso da sociedade sob outro aspecto. Na verdade, o rápido desenvolvimento de telefones celulares, computadores, câmeras e veículos elétricos baseia-se na maturidade da tecnologia das baterias de lítio.

Gen Chen. O nascimento e a ansiedade da bateria de lítio estão se aproximando

O nascimento da bateria de lítio

A bateria possui pólos positivos e negativos. O pólo positivo, também conhecido como cátodo, é geralmente feito de materiais mais estáveis, enquanto o pólo negativo, também conhecido como ânodo, é geralmente feito de materiais metálicos "altamente ativos". Os pólos positivo e negativo são separados por eletrólito e armazenados na forma de energia química.

A reação química entre os dois pólos produz íons e elétrons. Esses íons e elétrons se movem na bateria, forçando os elétrons a se moverem para fora, formando um ciclo e gerando eletricidade.

Na década de 1970, a crise do petróleo nos Estados Unidos, juntamente com a nova procura de energia nas forças armadas, na aviação, na medicina e noutros campos, estimulou a procura de baterias recarregáveis ​​para armazenar energia limpa e renovável.

De todos os metais, o lítio tem gravidade específica e potencial de eletrodo muito baixos. Em outras palavras, o sistema de bateria de lítio pode atingir a densidade máxima de energia em teoria, então o lítio é a escolha natural dos projetistas de baterias.

No entanto, o lítio é altamente reativo e pode queimar e explodir quando exposto à água ou ao ar. Portanto, domesticar o lítio tornou-se a chave para o desenvolvimento da bateria. Além disso, o lítio pode reagir facilmente com a água à temperatura ambiente. Se o lítio metálico for usado em sistemas de baterias, é essencial introduzir eletrólitos não aquosos.

Em 1958, Harris propôs usar eletrólito orgânico como eletrólito de bateria de metal. Em 1962, a Lockheed Mission e a SpaceCo. Chilton Jr., do exército dos EUA, e Cook apresentou a ideia de um "sistema eletrolítico não aquoso de lítio".

Chilton e Cook projetaram um novo tipo de bateria, que usa metal de lítio como cátodo, haletos de Ag, Cu, Ni como cátodo e sal metálico de baixo ponto de fusão lic1-AlCl3 dissolvido em carbonato de propileno como eletrólito. Embora o problema da bateria faça com que ela permaneça no conceito e não na viabilidade comercial, o trabalho de Chilton e Cook é o início da pesquisa sobre baterias de lítio.

Em 1970, a Panasonic Electric Co. do Japão e os militares dos EUA sintetizaram independentemente um novo material catódico - fluoreto de carbono quase ao mesmo tempo. O fluoreto de carbono cristalino com expressão molecular de (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) foi preparado com sucesso pela Panasonic Electric Co., Ltd. e usado como ânodo de bateria de lítio. A invenção da bateria de fluoreto de lítio é um passo importante na história do desenvolvimento da bateria de lítio. Esta é a primeira vez que se introduz um "composto incorporado" no design de uma bateria de lítio.

No entanto, para realizar a carga e descarga reversíveis da bateria de lítio, a chave é a reversibilidade da reação química. Naquela época, a maioria das baterias não recarregáveis ​​usava ânodos de lítio e eletrólitos orgânicos. Para realizar baterias recarregáveis, os cientistas começaram a estudar a inserção reversível de íons de lítio no eletrodo positivo de sulfeto de metal de transição em camadas.

Stanley Whittingham da ExxonMobil descobriu que a reação química de intercalação pode ser medida usando TiS2 em camadas como material catódico, e o produto de descarga é LiTiS2.

Em 1976, a bateria desenvolvida por Whittingham alcançou boa eficiência inicial. No entanto, após repetidas cargas e descargas várias vezes, formaram-se dendritos de lítio na bateria. Os dendritos cresceram do pólo negativo para o pólo positivo, formando um curto-circuito, que causou o perigo de ignição do eletrólito e, por fim, falhou.

Em 1989, devido ao incêndio de baterias secundárias de lítio/molibdênio, a maioria das empresas, exceto algumas, retirou-se do desenvolvimento de baterias secundárias de lítio metálico. O desenvolvimento de baterias secundárias de metal de lítio foi basicamente interrompido porque o problema de segurança não pôde ser resolvido.

Devido ao fraco efeito de várias modificações, a pesquisa sobre baterias secundárias de metal de lítio está estagnada. Finalmente, os pesquisadores escolheram uma solução radical: uma bateria de cadeira de balanço com compostos incorporados como os pólos positivo e negativo das baterias secundárias de metal de lítio.

Na década de 1980, Goodnow estudou a estrutura de materiais catódicos de cobalato de lítio e óxido de níquel-lítio na Universidade de Oxford, Inglaterra. Finalmente, os pesquisadores perceberam que mais da metade do lítio pode ser removido do material do cátodo de forma reversível. Este resultado finalmente levou ao nascimento do The.

Em 1991, a SONY Company lançou a primeira bateria de lítio comercial (anodo de grafite, cátodo composto de lítio, eletrodo de sal de lítio líquido dissolvido em solvente orgânico). Devido às características de alta densidade energética e diferentes formulações que podem se adaptar a diferentes ambientes de uso, as baterias de lítio têm sido comercializadas e amplamente utilizadas no mercado.