Lithium-Batterie-Geschichte

Die Geschichte der Lithiumbatterie

1970 verwendete MS Whittingham von Exxon Titansulfid als positives Elektrodenmaterial und Lithiummetall als negatives Elektrodenmaterial, um die erste Lithiumbatterie herzustellen. Das positive Elektrodenmaterial der Lithiumbatterie ist Mangandioxid oder Thionylchlorid, und die negative Elektrode ist Lithium. Nach dem Zusammenbau der Batterie hat die Batterie eine Spannung und muss nicht aufgeladen werden. Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen-Batterien) sind die Entwicklung von lithium-batterien. Beispielsweise war die in der vorherigen Kamera verwendete Tastenbatterie eine Lithiumbatterie. Der Akku kann auch aufgeladen werden, aber die Zyklusleistung ist nicht gut, und während des Lade- und Entladezyklus bilden sich leicht Lithiumkristalle, die einen internen Kurzschluss des Akkus verursachen. Daher ist das Laden des Akkus im Allgemeinen verboten.

1982 stellten das Technologieinstitut der Universität von Illinois (Illinois Institute of Technology), RRA Garwal und JRS Elman, fest, dass eingebettete Lithiumionen die Eigenschaften des Graphits haben. Der Prozess ist schnell und reversibel. Gleichzeitig wurde bei metallischen Lithiumbatterien viel Wert auf die Sicherheitsprobleme gelegt, sodass die Menschen versuchen, die Eigenschaften der in Lithiumionen eingebetteten Graphitproduktion von wiederaufladbaren Batterien zu nutzen. Die erste verfügbare Lithium-Ionen-Graphitelektrode wurde erfolgreich von bell LABS getestet.

1983 entdeckten M. Thackeray und J. Goodenough, dass Manganspinell ein ausgezeichnetes positives Elektrodenmaterial mit geringen Kosten, Stabilität und ausgezeichneter Leitfähigkeit und Lithiumführungseigenschaften ist. Die Zersetzungstemperatur ist hoch und die Oxidation ist viel niedriger als die von Lithiumcobaltat. Selbst wenn ein Kurzschluss oder eine Überladung auftritt, kann die Gefahr von Verbrennungen und Explosionen vermieden werden.

1989 entdeckten A. Manthiram und J. Goodenough, dass eine positive Elektrode mit einem polymeren Anion eine höhere Spannung erzeugen würde.

1992 erfand die japanische Sony Corporation eine Lithiumbatterie, bei der ein Kohlenstoffmaterial als negative Elektrode und eine lithiumhaltige Verbindung als positive Elektrode verwendet wurden. Beim Laden und Entladen existiert kein Metalllithium, nur Lithiumionen, bei denen es sich um eine Lithiumionenbatterie handelt. In der Folge revolutionierten Lithium-Ionen-Batterien das Gesicht der Unterhaltungselektronik. Eine solche Batterie, die Lithiumcobaltat als positives Elektrodenmaterial verwendet, ist immer noch die Hauptstromquelle für tragbare elektronische Geräte.

1996 entdeckten Padhi und Goodenough, dass Phosphate mit Olivinstruktur wie lithiumeisenphosphat (LiFePO4) sicherer sind als herkömmliche Kathodenmaterialien, insbesondere bei hoher Temperaturbeständigkeit, und dass die Überladungsbeständigkeit herkömmlichen Lithiumionenbatteriematerialien weit überlegen ist. Daher ist es das Kathodenmaterial der aktuellen Mainstream-Hochstrom-Entladungsleistungs-Lithiumbatterie geworden.

In der Geschichte der Batterieentwicklung können wir drei Merkmale der aktuellen Entwicklung der weltweiten Batterieindustrie erkennen. Erstens die rasche Entwicklung grüner Batterien, einschließlich Lithium-Ionen-Batterien, Wasserstoff-Nickel-Batterien usw.; Die zweite ist die Umwandlung von Primärbatterien in Batterien, was im Einklang mit der Strategie für nachhaltige Entwicklung steht. Drittens entwickelt sich die Batterie in einer kleinen, leichten und dünnen Richtung weiter. Unter den handelsüblichen wiederaufladbaren Batterien weisen Lithium-Ionen-Batterien die höchste spezifische Energie auf, insbesondere Polymer-Lithium-Ionen-Batterien, mit denen sich wiederaufladbare Batterien verdünnen lassen. Gerade weil Lithium-Ionen-Batterien eine höhere volumetrische Energie und Masse als spezifische Energie haben, aufgeladen und umweltfreundlich sind und die drei Merkmale der aktuellen Entwicklung der Batterieindustrie aufweisen, gibt es in den Industrieländern ein schnelles Wachstum. Die Entwicklung der Telekommunikations- und Informationsmärkte, insbesondere die großflächige Nutzung von Mobiltelefonen und Notebooks, hat Lithium-Ionen-Batterien Marktchancen eröffnet. Die Lithium-Ionen-Batterie in der Lithium-Ionen-Batterie wird die Flüssigelektrolyt-Lithium-Ionen-Batterie mit ihren einzigartigen Sicherheitsvorteilen schrittweise ersetzen und zum Hauptbestandteil von Lithium-Ionen-Batterien werden. Die Polymer-Lithium-Ionen-Batterie ist als "Batterie des 21. Jahrhunderts" bekannt, die eine neue Ära der Speicherbatterien einleiten wird, und die Entwicklungsaussichten sind sehr optimistisch.

Im März 2015 entwickelten Sharp und Professor Tanaka Hyun von der Universität Kyoto gemeinsam eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer Lebensdauer von 70 Jahren. Der im Versuch hergestellte langlebige lithium-ionen-akku hat ein Volumen von 8 Kubikzentimetern und eine Lade- und Entladefrequenz von 25.000. Und Sharp sagte, dass nach dem 10.000-fachen Laden und Entladen des langlebigen lithium-ionen-akkus seine Leistung immer noch stabil ist.

Lithium wurde 1817 von dem Studenten des schwedischen Chemikers Bezilius, Alfetson, entdeckt, der es Lithium nannte. Bis 1950 verwendeten Nakamoto und Maggien das Verfahren des elektrolytischen Schmelzens von Lithiumchlorid, um Metalllithium zu erhalten, und Industrielithium wurde 1893 von Gensa vorgeschlagen. Lithium wird immer noch durch elektrolytisches LiCl hergestellt. Diese Methode verbraucht viel elektrische Energie und verbraucht 6.000 bis 70.000 kWh pro Tonne Lithium.

Lithium dient der Ärzteschaft seit mehr als 100 Jahren nach seiner Geburt hauptsächlich als Gichtmittel. Die National Aeronautics and Space Administration (NASA) hat erstmals erkannt, dass Lithiumbatterien als effiziente Batterie eingesetzt werden können. Dies liegt daran, dass die Batteriespannung eng mit der Aktivität des negativen Elektrodenmetalls zusammenhängt. Als sehr aktives Alkalimetall können Lithiumbatterien höhere Spannungen liefern. Beispielsweise kann eine Lithiumbatterie eine Spannung von 3 V liefern, während eine Bleibatterie nur 2,1 V hat, während eine Kohlenstoffzinkbatterie nur 1,5 V hat. Gemäß P = UI kann die Lithiumbatterie bei gleichem Strom eine höhere Leistung abgeben.

Als Element Nr. 3 besteht in der Natur vorhandenes Lithium aus zwei stabilen Isotopen, 6Li und 7Li, so dass die relative Atommasse von Lithium nur 6,9 beträgt. Dies bedeutet, dass Metalllithium mehr Elektronen als andere reaktive Metalle bei gleicher Masse liefert. Darüber hinaus hat Lithium einen weiteren Vorteil. Da das Lithiumion einen kleinen Ionenradius hat, bewegen sich Lithiumionen eher im Elektrolyten als andere große Ionen, und während des Ladens und Entladens kann eine effektive und schnelle Wanderung zwischen der positiven und der negativen Elektrode erreicht werden, wodurch die gesamte Elektrochemie ermöglicht wird Reaktion fortzufahren.

Metalllithium hat viele Vorteile, aber es gibt immer noch viele Schwierigkeiten bei der Herstellung von Lithiumbatterien zu überwinden. Erstens ist Lithium ein sehr aktives Alkalimetallelement, das mit Wasser und Sauerstoff reagiert und bei Raumtemperatur mit Stickstoff reagiert. Dies führt dazu, dass die Lagerung, Verwendung oder Verarbeitung von metallischem Lithium viel komplizierter als andere Metalle ist und die Umweltanforderungen sehr hoch sind. Daher werden Lithiumbatterien seit langem nicht mehr verwendet. Mit der Forschung von Wissenschaftlern wurden die technischen Hindernisse von Lithiumbatterien nacheinander überwunden, Lithiumbatterien sind allmählich in die Phase eingetreten und Lithiumbatterien sind in eine groß angelegte praktische Phase eingetreten.

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