Geschichte der Lithium-Ionen-Batterie - Geschichte, Entwicklung und Zukunft

Lithium-Ionen-Batterien sind heute weltweit als die leistungsstärkste Batteriechemie bekannt. Was viele jedoch nicht wissen, ist, dass diese Batterien einen langen Weg zurückgelegt haben, um das zu sein, was sie heute sind. Darüber hinaus gibt es noch so viel Raum für Verbesserungen. Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten immer noch daran, die Leistung der Batterien zu verbessern und gleichzeitig die Sicherheit zu gewährleisten.

Die Beamten der Nobelpreisorganisation haben kürzlich anerkannt, dass Li-Ionen-Akkus aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer Leistung heute Teil jedes Hauses sind. Die Batterie hat eine unschlagbare Kapazität und ist daher ideal für den Betrieb eines Energiespeichersystems für Solar- und Windkraft. Als solche bewegt sich die Welt in Richtung einer Gesellschaft ohne fossile Brennstoffe.

Wann wurde der lithium-ionen-akku erfunden?

In den 1970er Jahren traf eine riesige Ölkrise die ganze Welt. Diese Katastrophe inspirierte Stanly Whittingham, einen englischen Chemiker, zu einer dauerhaften Lösung. Zu dieser Zeit arbeitete er für Exxon Mobile, was ihn mit der Idee eines Akkus, der sich selbst aufladen kann, weiter ermutigte. Er dachte an eine solche Batterie, die die Abhängigkeit des Menschen von fossilen Brennstoffen beseitigen könnte.

Der erste Versuch, diese Batterien zu entwickeln, begann 1970. Wissenschaftler versuchten, eine Batterie zu finden, die alles antreibt. Diese Erfindung lief gleichzeitig mit der Erfindung von tragbarer Elektronik, Elektrofahrzeugen und Mobiltelefonen.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Vor einigen Wochen wurden drei geniale Köpfe, John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham und Akira Yoshino, mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. Diese Geste war eine Anerkennung für den Beitrag zur Entwicklung des Li-Ionen-Akkus.

Woher kommt Lithium für Batterien?

Lithium stammt aus zwei Hauptquellen; Minen und Salzwasser. Letztere verarbeiten etwa 87% des weltweiten Lithiums und machen es zur Hauptquelle.

Lithium aus Salzwasser

Es gibt mehrere Salzwasserquellen, aus denen Lithium gewonnen wird. Unter ihnen sind Salzseen oder Salare, die die höchste Menge des Metalls enthalten. Sie befinden sich in Bolivien, Argentinien und Chile.

Aus Salar wird das Lithium als Lithiumcarbonat gewonnen. Dies ist der Rohstoff, der in Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird.

Der Herstellungsprozess dieses Materials ist ziemlich einfach. Alles, was es erfordert, ist natürliche Verdunstung, genau wie beim Extrahieren von Meersalz. Der Prozess hinterlässt Lithium und andere Metalle wie Magnesium, Calcium, Natrium und Kalium.

Meerwasser hat die niedrigste Lithiumkonzentration. Es wird geschätzt, dass es nur ungefähr 0,17 Teile pro Million hat. Für den Fall von Meerwasser jedoch 20%, wenn sein Lithium durch Verwendung von Membranen, Filtern und Ionenaustauscherharzen leicht zurückgewonnen werden kann.

Soleabbau

Dies ist ein sehr langwieriger Prozess, der acht Monate bis drei Jahre dauert. Es gibt laufende Forschungen von verschiedenen Wissenschaftlern, um eine Technologie zu entwickeln, mit der Lithium und andere Metalle aus Salzwasser extrahiert werden können. Sie konzentrieren sich auf die Nutzung von Geothermieplänen. Wenn dies gelingt, könnte geothermische Sole die Sammlung von Lithium schneller machen als die Verdunstung.

Ölfeldsole

Ölfeldsole ist das Salzwasser, das bei jedem Bohrvorgang für Öl sprudelt. Dieses Lithium wird gesammelt und in der Industrie verwendet.

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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Traditionellere Minen

13% des Lithiums in der Welt stammen aus traditionellen Minen. Hartgestein (Pegmatite) hat einen noch höheren Lithiumgehalt als Salzlösung. Der Prozess ist jedoch sehr kostspielig.

Was ist die Entwicklung und Zukunft von Lithium-Ionen-Batterien?

Wittingham startete sein Projekt zunächst mit Titandisulfid und Lithiummetall. Sie wurden kombiniert, um Elektroden zu erzeugen. Es gab jedoch so viele Probleme mit ihnen. Zum Beispiel kamen sie mit schwerwiegenden Sicherheitsbedenken. Irgendwann wurden die Batterien kurzgeschlossen und gingen in Flammen auf. Stanly musste das Experiment unterbrechen und vielleicht zum Zeichenbrett zurückkehren.

Da es sich um eine Idee handelte, die bereits in Bewegung war, waren viele andere Wissenschaftler daran interessiert, sie durchzuhalten. John B. Goodenough war einer dieser Köpfe. Er hatte alle zusammen eine andere Idee und wollte es mit verschiedenen Materialien versuchen.

1980 brachte Goodenough Lithiumkobalt als Kathode ein und ließ Titandisulfid fallen. In diesem Moment waren die Ergebnisse ermutigend und produzierten eine sicherere Batterie mit doppelter Energie.

Wittinghams Idee hatte einen Schub erhalten, der die Zukunft der Batterien verändern könnte. Trotzdem war es nicht annähernd perfekt und viele Dinge konnten immer noch schief gehen. Die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses wurde verringert, während die Fähigkeit, die Leistung zu halten, erhöht wurde. Dennoch konnte etwas getan werden, um die wahre Leistung von Lithium-Ionen-Batterien herauszuholen.

Im Moment schloss sich Akira Yoshino von der Meijo-Universität in Nagoya, Japan, der Sache an, um das zu verbessern, was die anderen beiden begonnen hatten. Er machte einen wichtigen Tausch, der den Grundstein für die Lithium-Ionen-Batterien legte, die wir heute sehen.

Yoshino verwendete wegen seiner hohen Reaktivität kein Lithiummetall als Anode. Stattdessen führte er kohlenstoffhaltiges Metall und Petrolkoks in die Situation ein. Diese beiden Elemente öffnen Türen für revolutionäre Erkenntnisse. Jetzt waren die Batterien nicht nur sicherer, sondern zeigten auch eine stabilere Leistung.

Damit erhielt die Welt den ersten Prototyp eines lithium-ionen-akkus. Heute können wir die Batterien genießen, weil bessere Köpfe daran gearbeitet haben, die Dinge noch besser zu machen.

Die erste kommerzielle Produktion von Lithium-Ionen-Batterien erfolgte Anfang der neunziger Jahre. Frühe Lithium-Ionen-Batterien hatten Lithium, das sich reversibel zwischen der Kathode und der Anode bewegte. Es wurde der Schaukelstuhl genannt, der von Lazzari und Serosati genommen wurde. Weitere Entwicklungen ergaben sich, beispielsweise in Goodenough-Labors, in denen lithiiertes Übergangsmetalloxid eingeführt wurde.

Der moderne Markt Lithium ist nicht so einfach. Es gibt viele zusätzliche Märkte für große und kleine Geräte. Es wurden bessere Funktionen hinzugefügt, um die Leistung und Sicherheit zu verbessern. Beispielsweise verwenden diese Batterien jetzt LiCoO2 als Kathode.

Mit dem Aufkommen von E-Bikes und Elektrofahrzeugen steigt die Nachfrage nach leistungsstärkeren Batterien weiter an. Lithium-Ionen-Batterien haben die Führung übernommen, und wir müssen noch bessere Verbesserungen feststellen.

Fazit

Lithium-Ionen-Batterien sind die am häufigsten verwendeten Batterien der Welt. Es ist nicht zu leugnen, dass die Zukunft für diese Chemie noch offen ist, da Wissenschaftler weiter daran arbeiten, sie zu verbessern. Seitdem suchen sie nach Batterien mit besseren Eigenschaften; Wir können nicht sicher sagen, wo die Zukunft der Lithium-Ionen-Batterien liegt. Aber wir wissen mit Sicherheit, dass bessere Dinge kommen.