Le atinaʻeina o maʻa lithium

O le amataga o le masini maa atonu e amata i le mauaina o le fagu Leiden. O le fagu Leiden na muamua faia e le saienitisi Dutch Pieter van Musschenbroek i le 1745. O le fagu Leyden o se masini capacitor muamua. O lo'o faia i ni laupepa u'amea se lua e tu'ueseese e se insulator. O le u'amea o lo'o i luga o lo'o fa'aogaina e teu ma fa'asa'oloto le tau. A e paʻi i le tootoo A faʻaaoga le polo uʻamea, e mafai e le fagu Leiden ona taofia pe aveese le malosi eletise i totonu, ma o lona faʻavae ma sauniuniga e faigofie. So'o se tasi e fiafia e mafai ona faia na'o latou i le fale, ae o lona fa'ate'aina o ia lava e sili atu ona ogaoga ona o lana ta'iala faigofie. E masani lava, o le a alu uma le eletise i ni nai itula i ni nai aso. Ae ui i lea, o le tulaʻi mai o le fagu Leiden ua faʻailogaina ai se laasaga fou i le suʻesuʻega o le eletise.

I le vaitau o le 1790, na maua ai e le saienitisi Italia o Luigi Galvani le faʻaogaina o uaea zinc ma kopa e faʻafesoʻotaʻi vae rane ma iloa ai o vae o le lane o le a faʻafefe, o lea na ia faʻaalia ai le manatu o le "bioelectricity." O lenei mea na maua na mafua ai ona mimigi le saienitisi Italia o Alessandro. O le tetee a Volta, e talitonu Volta, o le gaioi o vae o le lane e mafua mai i le eletise e maua mai i le uamea nai lo le eletise o le rane. Ina ia faʻamaonia le talitonuga a Galvani, na tuʻuina atu e Volta lana lauiloa Volta Stack. O le faaputuga voltaic e aofia ai le zinc ma le 'apa kopa ma pepa malo fa'asusu ile vai masima ile va. Ole fa'ata'ita'iga lea ole ma'a vaila'au ua fa'ailoa mai.
Ole fua ole tali ole eletise ole sela voltaic:

eletise lelei: 2H^++2e^-→H_2

eletise leaga: Zn→〖Zn〗^(2+)+2e^-

I le 1836, na fatuina ai e le saienitisi Peretania o John Frederic Daniell le maa Daniel e foia ai le faafitauli o le ea i totonu o le maa. O le maa Daniel o loʻo i ai le tulaga muamua o se maa vailaʻau faʻaonaponei. E lua vaega. O le vaega lelei o loʻo faʻatofuina i se vaifofo kopa sulfate. O le isi vaega o le kopa o le zinc ua faatofu i se vaifofo zinc sulfate. O le ulua'i maa Daniel na fa'atumuina i le vaifofo kopa sulfate i totonu o se fagu apamemea ma fa'aofi i totonu o se atigi pusa sima porous i le ogatotonu. I totonu o lenei pusa sima, o loʻo i ai se tootoo zinc ma le zinc sulfate e avea ma eletise leaga. I le fofo, o pu laiti i totonu o le pusa sima e mafai ai e ki e lua ona fesuiai ions. O ma'a Daniel i aso nei e tele lava ina fa'aogaina alalaupapa masima po'o pa'u semi-permeable e ausia ai lea fa'aaafiaga. Na fa'aaogaina maa Daniel e fai ma puna eletise mo feso'ota'iga telekalafi se'ia o'o ina suia ma'a mamago.

Ole fa'atusa ole electrode ole maa Daniel:

Eletise lelei: 〖Cu〗^(2+)+2e^-→Cu

eletise leaga: Zn→〖Zn〗^(2+)+2e^-

I le taimi nei, o le tulaga muamua o le maa ua fuafuaina, lea e aofia ai le electrode lelei, le electrode le lelei, ma le electrolyte. I luga o lea faʻavae, o maʻa ua faʻavavevave le atinaʻeina i le isi 100 tausaga. Le tele o faiga fou maa ua aliali mai, e aofia ai le saienitisi Farani Gaston Planté na fatuina maa lead-acid i le 1856. Lead-acid maa O le tele o le gaosiga o loʻo i ai nei ma le tau maualalo ua tosina atu i ai le lautele, o lea e faʻaaogaina i le tele o masini feaveaʻi, e pei o le eletise muamua. taavale. E masani ona faʻaaogaina e fai ma sapalai eletise mo nisi falemaʻi ma nofoaga autu. O maa ta'ita'i-acid e tele lava ina aofia ai le ta'ita'i, lead dioxide, ma le sulfuric acid solution, ma o latou voltage e mafai ona o'o ile 2V. E oo lava i ona po nei, e leʻi faʻaumatia maʻa taʻitaʻi-acid ona o latou tekinolosi matua, tau maualalo, ma le saogalemu o faiga faʻavae vai.

Ole fa'atusa ole tali eletise ole maa ta'i-acid:

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

Eletise le lelei: Pb+〖SO〗_4^(2-)→Pb〖SO〗_4+2e^-

O le maa nickel-cadmium, na fatuina e le saienitisi Suetena Waldemar Jungner i le 1899, e sili atu ona faʻaaogaina i masini faʻaeletoroni feaveaʻi laiti, e pei o tagata savali muamua, ona o lona maualuga maualuga o le malosi nai lo maa lead-acid. E tutusa ma maa lead-acid. Nickel-cadmium maa ua faʻaaogaina lautele talu mai le 1990s, ae o lo latou oona e fai si maualuga, ma o le maa lava ia e iai sona aafiaga faʻapitoa. O le mea lea e masani ona tatou faalogo ai i nisi o tagata matutua o fai mai e tatau ona uma le maa aʻo leʻi toe faʻaaogaina ma o maa otaota o le a afaina ai le eleele, ma isi. (Ia maitauina e oo lava i maa o loʻo i ai nei e sili ona oona ma e le tatau ona lafoai i soo se mea, ae o maa lithium o loʻo i ai nei e leai ni aoga e manatua ai, ma o le tele o le lafoaia e afaina ai le ola o le maa.) O maa Nickel-cadmium e sili atu ona afaina ai le siosiomaga, ma o latou o le tetee i totonu o le a suia i le vevela, lea e ono afaina ai ona o le tele o le taimi i le taimi o le molia. O maa nickel-hydrogen na faasolosolo ona faʻaumatia i le 2005. E oʻo mai i le taimi nei, e seasea vaʻaia maa nickel-cadmium i le maketi.

Electrode tali tutusa tutusa o le nickel-cadmium maa:

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

Ele lelei le eletise: Cd+2OH^-→Cd〖(OH)〗_2+2e^-

Lithium metal maa tulaga

I le 1960s, na iu lava ina ulufale tagata i le vaitau o maa lithium.

Lithium metal lava ia na maua i le 1817, ma na vave ona iloa e tagata o le lithium metal's physical and chemical properties o loʻo faʻaaogaina e fai ma mea mo maa. E maualalo le density (0.534g 〖cm〗^(-3)), tele gafatia (theoretical e oo atu i 3860mAh g ^ (-1)), ma lona gafatia maualalo (-3.04V faatusatusa i tulaga hydrogen electrode). E toetoe a taʻu atu i tagata o aʻu o le mea eletise leaga o le maa lelei. Ae ui i lea, o le lithium metal lava ia e tele faʻafitauli. O lo'o malosi tele, fa'afefe malosi i vai, ma e maualuga mana'oga ile siosiomaga fa'agaioia. O le mea lea, mo se taimi umi, sa leai se fesoasoani a tagata.

I le 1913, na fuaina ai e Lewis ma Keyes le gafatia o le eletise eletise lithium. Ma faia se suʻega maa ma lithium iodide i le propylamine solution e pei o le electrolyte, e ui lava na le manuia.

I le 1958, na taʻua ai e William Sidney Harris i lana suʻesuʻega faʻatekonolosi na ia tuʻuina le uʻamea lithium i vailaʻau eseese o le ester ma mataʻituina le faʻavaeina o se faasologa o paʻu passivation (e aofia ai le lithium metal i le perchloric acid). Lithium LiClO_4

O le mea na tupu i le PC solution o le propylene carbonate, ma o lenei vaifofo o se faiga eletise taua tele i maa lithium i le lumanaʻi), ma o se mea faʻapitoa e tuʻuina atu ai ion ua matauina, o lea na faia ai nisi faʻataʻitaʻiga muamua o le electrodeposition e faʻavae i luga o lenei. O nei suʻesuʻega na taʻitaʻia aloaʻia i le atinaʻeina o maa lithium.

I le 1965, na faia ai e le NASA se suʻesuʻega loloto i luga o le faʻapipiʻiina ma le tuʻuina atu o mea faʻapitoa o Li||Cu maa ile lithium perchlorate PC solutions. O isi faiga eletise, e aofia ai le suʻesuʻeina o le LiBF_4, LiI, LiAl〖Cl〗_4, LiCl, O lenei suʻesuʻega ua faaosofia ai le fiafia tele i faiga eletise eletise.

I le 1969, o se pateni na faʻaalia ai ua amata ona taumafai se tasi e faʻatau faʻatau maa vaifofo e faʻaaoga ai le lithium, sodium, ma le potassium metals.

I le 1970, na fausia ai e le Panasonic Corporation a Iapani le Li‖CF_x ┤ maa, lea e masani ona 0.5-1 le fua faatatau o le x. CF_x ole fluorocarbon. E ui lava o le kasa fluorine e sili ona oona, o le fluorocarbon lava ia o se pauta pa'epa'e e le o'ona. O le tula'i mai o le Li‖CF_x ┤ maa e mafai ona faapea o le uluai maa lithium pisinisi moni. Li‖CF_x ┤ maa ose maa muamua. Ae ui i lea, o lona gafatia e tele, o le gafatia faʻapitoa o le 865mAh 〖Kg〗^(-1), ma o lona faʻamalolo e matua mautu i le mamao. O le mea lea, e mautu le malosi ma e laʻititi le faʻalavelave faʻafuaseʻi. Ae o loʻo i ai le faʻatinoga o le faʻatinoga ma e le mafai ona totogi. O le mea lea, e masani ona tuʻufaʻatasia ma le manganese dioxide e fai ai maa Li‖CF_x ┤-MnO_2, lea e faʻaaogaina e fai ma maa i totonu mo nisi masini laiti, uati, ma isi, ma e leʻi faʻaumatia.

Eletise lelei: CF_x+xe^-+x〖Li〗^+→C+xLiF

Ele lelei le eletise: Li→〖Li〗^++e^-

I le 1975, na fausia ai e le Sanyo Corporation a Iapani le Li‖MnO_2 ┤ maa, muamua na faʻaaogaina i calculators solar rechargeable. E mafai ona fa'apea o le maa lithium muamua e mafai ona fa'aaogaina. E ui lava o lenei oloa o se manuia tele i Iapani i lena taimi, e leʻi i ai i tagata se malamalama loloto i ia mea ma latou te le iloa lona lithium ma manganese dioxide. O le a le ituaiga mafuaaga o loo i tua o le tali atu?

Toeitiiti lava o le taimi lava e tasi, sa sailia e tagata Amerika se maa toe faʻaaogaina, lea ua matou taʻua nei o le lua maa.

I le 1972, MBArmand (o igoa o nisi o saienitisi e leʻi faʻaliliuina i le amataga) na tuʻuina atu i se pepa fono M_(0.5) Fe〖(CN)〗_3 (lea o M o se uamea alkali) ma isi mea e iai se fausaga lanumoana Prussian. , Ma su'esu'e lona fa'alavelave ion intercalation. Ma i le 1973, na suʻesuʻeina ai e J. Broadhead ma isi o Bell Labs le faʻalavelave faʻalavelave o le sulfur ma iodine atoms i metal dichalcogenides. O nei su'esu'ega muamua i le fa'aogaina o le ion intercalation o le malosi sili lea ona taua mo le alualu i luma malie o maa lithium. O le su'esu'ega muamua e sa'o ona o nei su'esu'ega na mulimuli ane mafai ona maua maa lithium-ion.

I le 1975, na faia ai e Martin B. Dines o Exxon (le muamua o Exxon Mobil) le faʻatatauina muamua ma suʻesuʻega i le va o se faasologa o suiga uʻamea dichalcogenides ma alkali metals ma i le tausaga lava e tasi, o Exxon o se isi igoa Scientist MS Whittingham lomia se pateni. i Li‖TiS_2 ┤ vaitaele. Ma i le 1977, na faʻatau ai e Exoon se maʻa e faʻavae i luga o le Li-Al‖TiS_2┤, lea e mafai ai e le alumini alumini lithium ona faʻaleleia le saogalemu o le maa (e ui lava o loʻo i ai pea se lamatiaga sili atu). Ina ua uma lena, o ia faiga maa na faʻaaogaina e Eveready i le Iunaite Setete. Fa'atauga a le Kamupani Bateria ma le Kamupani Grace. O le Li‖TiS_2 ┤ maa e mafai ona avea ma maa lithium lona lua muamua i le uiga moni, ma sa avea foi ma maa sili ona vevela i lena taimi. I lena taimi, o lona malosi malosi e tusa ma le 2-3 taimi nai lo maa lead-acid.

Eletise lelei: TiS_2+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x TiS_2

Ele lelei le eletise: Li→〖Li〗^++e^-

I le taimi lava e tasi, na fatuina e le saienitisi Kanata o MA Py le Li‖MoS_2┤ maa i le 1983, lea e mafai ona maua le malosi malosi o le 60-65Wh 〖Kg〗^(-1) i le 1/3C, lea e tutusa ma Li‖TiS_2┤ maa. Faʻavae i luga o lenei mea, i le 1987, na faʻalauiloa ai e le kamupani Kanata Moli Energy se maa lithium faʻapisinisi tele, lea na sailia lautele i le lalolagi atoa. Sa tatau ona avea lenei mea ma se mea taua i le tala faasolopito, ae o le mea e malie ai ona ua mafua ai foi ona paʻu le Moli mulimuli ane. I le tautotogo o le 1989, na faʻalauiloa ai e le Kamupani a Moli lana faʻasologa lona lua o le Li‖MoS_2┤ oloa maa. I le fa'ai'uga o le tautotogo o le 1989, na pa ai le gaosiga o le maa muamua a Moli Li‖MoS_2┤ ma mafua ai le popole tele. I le taumafanafana o le tausaga lava lea e tasi, na toe manatua uma oloa, ma na totogiina i latou na afaina. I le faaiuga o le tausaga lava lea, na faailoa ai e le Moli Energy le gaumativa ma na mauaina e le NEC a Iapani i le tautotogo o le 1990. E taua le taʻua o le tala o Jeff Dahn, o se saienitisi Kanata i lena taimi, sa taitaia le poloketi o le maa i Moli. Malosi ma faamavae ona o lona tetee i le faaauauina o le lisi o Li‖MoS_2 ┤ maa.

Eletise lelei: MoS_2+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x MoS_2

Ele lelei le eletise: Li→〖Li〗^++e^-

E o'o mai i le taimi nei, o maa u'amea lithium ua faasolosolo malie ona alu ese mai le vaaiga a le lautele. E mafai ona tatou vaʻai i le vaitau mai le 1970 i le 1980, o suʻesuʻega a saienitisi i maa lithium na faʻatatau i mea cathode. O le sini mulimuli o lo'o taula'i i taimi uma i suiga uamea dichalcogenides. Ona o lo latou fausaga faʻapipiʻi (transition metal dichalcogenides o loʻo suʻesuʻeina lautele nei e avea o se mea e lua-dimensional), o latou laulau ma E lava va i le va o laulau e faʻaogaina ai le faʻaofiina o ion lithium. I lena taimi, e itiiti lava suʻesuʻega i mea anode i lenei vaitau. E ui lava o nisi suʻesuʻega o loʻo taulaʻi i le faʻaogaina o le lithium metale e faʻaleleia ai lona mautu, o le lithium metal lava ia e matua le mautonu ma matautia. E ui o le pa o le maa a Moli o se mea na faateia ai le lalolagi, ae ua tele mataupu o le pa o maa uʻamea lithium.

E le gata i lea, e leʻi iloa lelei e tagata le mafuaʻaga o le pa o maa lithium. E le gata i lea, o le lithium metal na manatu muamua o se mea e le mafai ona suitulaga i le eletise ona o ona mea lelei. Ina ua maeʻa le pa a Moli, o le taliaina e tagata o maʻa uʻamea lithium na paʻu i lalo, ma o maa lithium na ulufale atu i se vaitaimi pogisa.

Ina ia maua se maa sili atu ona saogalemu, e tatau i tagata ona amata i mea eletise eletise. Ae, o loʻo i ai se faʻasologa o faʻafitauli iinei: o le gafatia o le uʻamea lithium e papaʻu, ma o le faʻaogaina o isi eletise leaga faʻapipiʻi o le a faʻateleina ai le eletise eletise le lelei, ma i lenei auala, maa lithium O le aofaʻiga o eseesega gafatia o le a faʻaitiitia, lea o le a faʻaitiitia ai. le malosi tele o le afa. O le mea lea, e tatau i saienitisi ona suʻe le mea e fetaui ma le maualuga-voltage cathode. I le taimi lava e tasi, e tatau ona fetaui lelei le eletise o le maa ma le lelei ma le leaga ma le mautu o le taamilosaga. I le taimi lava e tasi, o le conductivity o le electrolyte Ma le vevela e sili atu ona lelei. O lenei faasologa o fesili na fenumiai ai saienitisi mo se taimi umi e saili se tali sili atu ona faamalieina.

O le faafitauli muamua mo saienitisi e foia o le sailia lea o se mea eletonika saogalemu, leaga e mafai ona suitulaga i le lithium metal. O le Lithium metal lava ia e tele naua le gaioiga faʻainisinia, ma o se faʻasologa o faʻafitauli o le tuputupu aʻe o le dendrite ua matua faigata tele i le faʻaogaina o le siosiomaga ma tulaga, ma e le saogalemu. O le graphite ua avea nei ma tino autu o le eletise le lelei o maa lithium-ion, ma o lona faʻaaogaina i maa lithium na suʻesuʻeina i le amataga o le 1976. I le 1976, Besenhard, JO na faia se suʻesuʻega sili atu ona auiliili i le faʻaogaina o le eletise o le LiC_R. Ae ui i lea, e ui lava o le graphite o loʻo i ai mea sili ona lelei (maualuga maualuga, maualuga le gafatia, maualalo le gafatia, inertness, ma isi), i lena taimi, o le electrolyte faʻaaogaina i maa lithium e masani lava o le PC solution o LiClO_4 o loʻo taʻua i luga. O le graphite e iai se fa'afitauli tele. I le leai o se puipuiga, o le electrolyte PC molelaula o le a ulufale foi i le fausaga graphite ma le lithium-ion intercalation, e mafua ai le faaitiitia o le faatinoga o le taamilosaga. O le mea lea, sa le fiafia i ai saienitisi i lena taimi le graphite.

Ae mo mea o le cathode, ina ua maeʻa suʻesuʻega o le tulaga o le maa uʻamea lithium, na iloa ai e saienitisi o le anode lithiation mea lava ia o se mea e teu ai lithium ma le toe faʻaleleia lelei, e pei o LiTiS_2, 〖Li〗_x V〖Se〗_2 (x). =1,2) ma isi, ma i luga o lenei faavae, 〖Li〗_x V_2 O_5 (0.35≤x<3), LiV_2 O_8 ma isi mea ua atiaeina. Ma o saienitisi ua faasolosolo malie ona masani i auala eseese 1-dimensional ion (1D), 2-dimensional layered ion intercalation (2D), ma 3-dimensional ion transmission structures.

O su'esu'ega sili ona ta'uta'ua a Polofesa John B. Goodenough ile LiCoO_2 (LCO) na tupu fo'i ile taimi lea. I le 1979, Goodenougd et al. na musuia e se tusiga i luga o le fausaga o NaCoO_2 i le 1973 ma maua ai le LCO ma lolomiina se tusiga pateni. O le LCO o lo'o i ai se fausaga fa'apipi'i fa'apipi'i e pei o disulfides u'amea fesuia'i, lea e mafai ai ona toe fa'aofi i totonu ma aveese mai le lithium ion. Afai o le lithium ions ua uma ona aveese, o se fausaga vavalalata o CoO_2 o le a fausia, ma e mafai ona toe faʻaofi i ions lithium mo lithium (Ioe, o le maa moni o le a le faʻatagaina le lithium ions e aveese atoa, lea. o le a mafua ai ona vave pala le malosi). I le 1986, Akira Yoshino, o le sa galue pea i le Asahi Kasei Corporation i Iapani, na tuufaatasia le tolu o le LCO, coke, ma le LiClO_4 PC solution mo le taimi muamua, ma avea ma uluai lithium-ion maa lua ma avea ma lithium i le taimi nei. le maa. Na vave lava ona matauina e Sony le pateni LCO a le toeaina ma maua ai le faatagaga e faaaoga ai. I le 1991, na faʻatau ai le LCO lithium-ion maʻa. O le manatu o le lithium-ion maa na faʻaalia foi i le taimi nei, ma o lona manatu Faʻaauau foi e oʻo mai i lenei aso. (E taua le maitauina o maa lithium-ion muamua a Sony ma Akira Yoshino o loʻo faʻaaogaina foi le carbon hard e pei o le eletise le lelei nai lo le graphite, ma o le mafuaʻaga o le PC o loʻo i luga e fesoʻotaʻi i le graphite)

Eletise lelei: 6C+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x C_6

Ele lelei le eletise: LiCoO_2→〖Li〗_(1-x) CoO_2+x〖Li〗^++xe^-

I le isi itu, i le 1978, Armand, M. fautuaina le faʻaaogaina o le polyethylene glycol (PEO) e avea o se polymer electrolyte malosi e foia ai le faʻafitauli i luga aʻe o le anode graphite e faigofie ona faʻapipiʻiina i mole mole PC solvent (le electrolyte autu i lena taimi pea. fa'aaoga le PC, DEC fefiloi fofo), lea e tu'u ai le kalafi i totonu o le maa lithium mo le taimi muamua, ma fa'atonu le manatu o le nofoa fa'aluelue (nofoa-nofoa) i le tausaga e soso'o ai. O lea manatu ua faaauau pea e oo mai i le taimi nei. O faiga fa'aeletise fa'apitoa o lo'o iai nei, e pei o le ED/DEC, EC/DMC, ma isi, na na'o lemu na fa'aalia i le 1990s ma sa fa'aaogaina talu mai lena taimi.

I le vaitaimi lava lea e tasi, na suʻesuʻeina foi e saienitisi se faasologa o maa: Li‖Nb〖Se〗_3 ┤ maa, Li‖V〖SE〗_2 ┤ maa, Li‖〖Ag〗_2 V_4 ┤ O_11 maa, Li‖CuO,┤ Li ‖I_2 ┤Batteries, etc., aua ua tau le taua i le taimi nei, ma e le tele ni ituaiga o suʻesuʻega ina ia ou le faʻaalia auiliili.

• Li-ion battery tūlaga

O le vaitau o le atinaʻeina o maa lithium-ion i le maeʻa ai o le 1991 o le vaitau lea o loʻo tatou i ai nei. O iinei o le a ou le aoteleina ai le faʻagasologa o le atinaʻe i auiliiliga ae faʻapuupuu faʻalauiloa le faiga kemisi o nai maa lithium-ion.

O se fa'atomuaga i faiga fa'aoga lithium-ion o lo'o i ai nei, o le isi vaega lea.