Batré litium-ion atanapi batré Li-ion (disingkat LIB) mangrupikeun jinis batré anu tiasa dicas deui.Batré litium-ion biasana dianggo pikeun éléktronika portabel sareng kandaraan listrik sareng beuki populer pikeun aplikasi militer sareng aeroangkasa.Prototipe batré Li-ion dikembangkeun ku Akira Yoshino dina 1985, dumasar kana panalungtikan saméméhna ku John Goodenough, M. Stanley Whittingham, Rachid Yazami jeung Koichi Mizushima salila 1970s-1980s, lajeng batré Li-ion komérsial dikembangkeun ku a Tim Sony jeung Asahi Kasei dipingpin ku Yoshio Nishi taun 1991. Taun 2019, Hadiah Nobel Kimia dipasihkeun ka Yoshino, Goodenough, jeung Whittingham "pikeun ngembangkeun batré ion litium".

Dina batréna, ion litium pindah ti éléktroda négatip ngaliwatan éléktrolit ka éléktroda positif nalika ngurangan, sarta balik deui nalika ngecas.Batré li-ion ngagunakeun sanyawa litium interkalasi salaku bahan dina éléktroda positip sareng biasana grafit dina éléktroda négatip.Batréna gaduh kapadetan énergi anu luhur, teu aya pangaruh mémori (salain sél LFP) sareng ngabebaskeun diri anu rendah.Éta ogé tiasa janten bahaya kasalametan sabab ngandung éléktrolit anu gampang kaduruk, sareng upami ruksak atanapi teu leres dicas tiasa nyababkeun ngabeledug sareng kahuruan.Samsung kapaksa ngelingan héndsét Galaxy Note 7 saatos kahuruan litium-ion, sareng aya sababaraha insiden anu ngalibetkeun batré dina Boeing 787s.

Kimia, kinerja, biaya jeung ciri kaamanan rupa-rupa di sakuliah jenis LIB.Éléktronik handheld lolobana ngagunakeun batré litium polimér (kalawan gél polimér salaku éléktrolit) jeung litium kobalt oksida (LiCoO2) salaku bahan katoda, nu nawarkeun dénsitas énergi tinggi, tapi presents resiko kaamanan, utamana lamun ruksak.Litium beusi fosfat (LiFePO4), litium mangan oksida (LiMn2O4, Li2MnO3, atawa LMO), jeung litium nikel mangan kobalt oksida (LiNiMnCoO2 atawa NMC) nawarkeun dénsitas énergi handap tapi hirup leuwih panjang sarta kurang kamungkinan seuneu atawa ledakan.Batré sapertos kitu seueur dianggo pikeun alat listrik, alat médis, sareng peran sanésna.NMC sareng turunanna seueur dianggo dina kendaraan listrik.

Wewengkon panalungtikan pikeun batré litium-ion kalebet manjangkeun umur, ningkatkeun kapadetan énergi, ningkatkeun kaamanan, ngirangan biaya, sareng ningkatkeun kagancangan ngecas, diantarana.Panalitian parantos dilaksanakeun di daérah éléktrolit anu teu kaduruk salaku jalur pikeun ningkatkeun kasalametan dumasar kana kabakaran sareng volatilitas pelarut organik anu dianggo dina éléktrolit khas.Strategi kalebet batré litium-ion cai, éléktrolit padet keramik, éléktrolit polimér, cairan ionik, sareng sistem anu difluorinasi pisan.

Batré versus sél

Sél nyaéta unit éléktrokimia dasar anu ngandung éléktroda, separator, sareng éléktrolit.

Batré atawa pak batré nyaéta kumpulan sél atawa rakitan sél, kalawan perumahan, sambungan listrik, jeung kamungkinan éléktronika pikeun kontrol jeung panyalindungan.

Anoda jeung katoda éléktroda
Pikeun sél anu tiasa dicas deui, istilah anoda (atanapi éléktroda négatif) nunjukkeun éléktroda tempat oksidasi lumangsung salami siklus ngaleupaskeun;éléktroda séjén nyaéta katoda (atawa éléktroda positif).Salila siklus muatan, éléktroda positip janten anoda sareng éléktroda négatip janten katoda.Kanggo sabagéan ageung sél litium-ion, éléktroda litium-oksida nyaéta éléktroda positip;pikeun sél litium-ion titanate (LTO), éléktroda litium-oksida nyaéta éléktroda négatip.

Sajarah

Latar

Varta batré litium-ion, Museum Autovision, Altlussheim, Jérman
Batré litium diusulkeun ku kimiawan Inggris sareng ko-panampi Hadiah Nobel 2019 pikeun kimia M. Stanley Whittingham, ayeuna di Binghamton University, nalika damel di Exxon dina taun 1970-an.Whittingham dipaké titanium(IV) sulfida jeung logam litium salaku éléktroda.Sanajan kitu, batré litium rechargeable ieu pernah bisa dijieun praktis.Titanium disulfida mangrupikeun pilihan anu goréng, sabab kedah disintésis dina kaayaan anu disegel lengkep, ogé lumayan mahal (~ $ 1,000 per kilogram pikeun bahan baku titanium disulfida taun 1970-an).Nalika kakeunaan hawa, titanium disulfida ngaréaksikeun ngabentuk sanyawa hidrogén sulfida, anu ngagaduhan bau anu teu pikaresepeun sareng toksik pikeun kalolobaan sato.Kusabab ieu, sareng alesan sanésna, Exxon ngeureunkeun pamekaran batré litium-titanium disulfida Whittingham.[28]Batré anu nganggo éléktroda litium logam nunjukkeun masalah kaamanan, sabab logam litium bereaksi sareng cai, ngaluarkeun gas hidrogén anu gampang kaduruk.Akibatna, panalungtikan dipindahkeun ka ngembangkeun accu nu, tinimbang litium logam, ngan sanyawa litium hadir, sanggup narima jeung ngaleupaskeun ion litium.

Interkalasi malik dina grafit jeung interkalasi kana oksida katodik kapanggih salila 1974-76 ku JO Besenhard di TU Munich.Besenhard ngusulkeun aplikasina dina sél litium.dékomposisi éléktrolit jeung pangleyur ko-interkalasi kana grafit éta drawbacks mimiti parna pikeun hirup batré.

Pangwangunan

1973 – Adam Heller ngusulkeun batré litium thionyl klorida, masih dipaké dina alat médis anu diimplantasikeun jeung dina sistem pertahanan anu diperlukeun umur simpan leuwih ti 20 taun, kapadetan énergi anu luhur, jeung/atawa toleransi pikeun suhu operasi anu ekstrim.
1977 – Samar Basu némbongkeun interkalasi éléktrokimia litium dina grafit di Universitas Pennsylvania.Ieu ngakibatkeun ngembangkeun litium bisa dipake intercalated grafit éléktroda di Bell Labs (LiC6) nyadiakeun alternatif pikeun batré éléktroda logam litium.
1979 – Gawé dina grup misah, Ned A. Godshall et al., jeung, teu lila saterusna, John B. Goodenough (Oxford University) jeung Koichi Mizushima (Tokyo University), némbongkeun sél litium rechargeable jeung tegangan dina rentang 4 V maké litium. kobalt dioksida (LiCoO2) salaku éléktroda positif jeung logam litium salaku éléktroda négatip.Inovasi ieu nyayogikeun bahan éléktroda positip anu ngamungkinkeun batré litium komérsial mimiti.LiCoO2 mangrupikeun bahan éléktroda positip anu stabil anu bertindak salaku donor ion litium, anu hartosna tiasa dianggo sareng bahan éléktroda négatip salain logam litium.Ku ngamungkinkeun pamakéan bahan éléktroda négatip stabil sarta gampang-to-cecekelan, LiCoO2 aktip sistem batré rechargeable novél.Godshall et al.salajengna ngaidentipikasi nilai sarupa sanyawa ternary litium-transisi logam-oksida kayaning spinel LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, sarta LiFe5O4 (jeung saterusna litium-tambaga-oksida jeung litium-nikel-oksida bahan katoda taun 1985)
1980 – Rachid Yazami némbongkeun interkalasi éléktrokimia litium nu bisa malik dina grafit, sarta nimukeun éléktroda grafit litium (anoda).Éléktrolit organik anu aya dina waktos éta bakal terurai nalika ngecas ku éléktroda négatip grafit.Yazami ngagunakeun éléktrolit padet pikeun nunjukkeun yén litium tiasa dibalikkeun sacara interkalasi dina grafit ngaliwatan mékanisme éléktrokimia.Taun 2011, éléktroda grafit Yazami mangrupikeun éléktroda anu paling sering dianggo dina batré litium-ion komérsial.
Éléktroda négatip asalna tina PAS (bahan semikonduktif polyacenic) kapanggih ku Tokio Yamabe sarta engké ku Shjzukuni Yata dina awal 1980s.Bibit tina téhnologi ieu kapanggihna polimér conductive ku Professor Hideki Shirakawa jeung grup na, sarta ogé bisa ditempo salaku dimimitian ti batré ion litium polyacetylene dikembangkeun ku Alan MacDiarmid jeung Alan J. Heeger et al.
1982 – Godshall dkk.dileler Patén AS 4.340.652 pikeun pamakéan LiCoO2 salaku katoda dina accu litium, dumasar kana Godshall urang Stanford Universitas Ph.D.disertasi jeung 1979 publikasi.
1983 – Michael M. Thackeray, Peter Bruce, William David, jeung John Goodenough ngembangkeun hiji spinel mangan salaku bahan katoda muatan komersil relevan pikeun accu litium-ion.
1985 – Akira Yoshino nyieun sél prototipe maké bahan karbonan nu bisa diasupkeun ion litium jadi hiji éléktroda, jeung litium kobalt oksida (LiCoO2) sabagé nu séjén.Ieu nyirorot ningkat kaamanan.LiCoO2 ngaktifkeun produksi skala industri sareng ngaktifkeun batré litium-ion komérsial.
1989 – Arumugam Manthiram jeung John B. Goodenough manggihan kelas polianion katoda.Éta némbongkeun yén éléktroda positif ngandung polyanions, misalna, sulfat, ngahasilkeun tegangan leuwih luhur batan oksida alatan pangaruh induktif polyanion nu.Kelas polyanion ieu ngandung bahan sapertos litium beusi fosfat.

<diteruskeun…>