Η ανάπτυξη των μπαταριών λιθίου

Η προέλευση της συσκευής μπαταρίας μπορεί να ξεκινήσει με την ανακάλυψη του μπουκαλιού Leiden. Το μπουκάλι Leiden εφευρέθηκε για πρώτη φορά από τον Ολλανδό επιστήμονα Pieter van Musschenbroek το 1745. Το βάζο Leyden είναι μια πρωτόγονη συσκευή πυκνωτή. Αποτελείται από δύο μεταλλικά φύλλα που χωρίζονται από έναν μονωτή. Η παραπάνω μεταλλική ράβδος χρησιμοποιείται για την αποθήκευση και την απελευθέρωση φορτίου. Όταν αγγίζετε τη ράβδο Όταν χρησιμοποιείται η μεταλλική μπάλα, το μπουκάλι Leiden μπορεί να κρατήσει ή να αφαιρέσει την εσωτερική ηλεκτρική ενέργεια και η αρχή και η προετοιμασία της είναι απλή. Όποιος ενδιαφέρεται μπορεί να το φτιάξει μόνος του στο σπίτι, αλλά το φαινόμενο της αυτοεκφόρτισης είναι πιο έντονο λόγω του απλού οδηγού του. Γενικά, όλο το ηλεκτρικό ρεύμα θα αποφορτιστεί σε λίγες ώρες έως μερικές ημέρες. Ωστόσο, η εμφάνιση του μπουκαλιού Leiden σηματοδοτεί ένα νέο στάδιο στην έρευνα της ηλεκτρικής ενέργειας.

Στη δεκαετία του 1790, ο Ιταλός επιστήμονας Luigi Galvani ανακάλυψε τη χρήση συρμάτων ψευδαργύρου και χαλκού για τη σύνδεση των ποδιών του βατράχου και διαπίστωσε ότι τα πόδια του βατράχου θα συσπώνται, γι' αυτό πρότεινε την έννοια του «βιοηλεκτρισμού». Αυτή η ανακάλυψη προκάλεσε συσπάσεις στον Ιταλό επιστήμονα Alessandro. Η αντίρρηση του Volta, ο Volta πιστεύει ότι η σύσπαση των ποδιών του βατράχου προέρχεται από το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται από το μέταλλο και όχι από το ηλεκτρικό ρεύμα στον βάτραχο. Για να αντικρούσει τη θεωρία του Galvani, ο Volta πρότεινε τη διάσημη στοίβα του Volta. Η βολταϊκή στοίβα αποτελείται από φύλλα ψευδαργύρου και χαλκού με χαρτόνι εμποτισμένο σε αλμυρό νερό. Αυτό είναι το πρωτότυπο μιας χημικής μπαταρίας που προτείνεται.
Η εξίσωση αντίδρασης ηλεκτροδίου ενός βολταϊκού στοιχείου:

θετικό ηλεκτρόδιο: 2H^++2e^-→H_2

αρνητικό ηλεκτρόδιο: Zn→〖Zn〗^(2+)+2e^-

Το 1836, ο Βρετανός επιστήμονας John Frederic Daniell εφηύρε την μπαταρία Daniel για να λύσει το πρόβλημα των φυσαλίδων αέρα στην μπαταρία. Η μπαταρία Daniel έχει την κύρια μορφή μιας σύγχρονης χημικής μπαταρίας. Αποτελείται από δύο μέρη. Το θετικό μέρος βυθίζεται σε διάλυμα θειικού χαλκού. Το άλλο μέρος του χαλκού είναι ψευδάργυρος βυθισμένος σε διάλυμα θειικού ψευδαργύρου. Η αρχική μπαταρία Daniel γεμίστηκε με διάλυμα θειικού χαλκού σε ένα χάλκινο βάζο και έβαλε ένα κεραμικό πορώδες κυλινδρικό δοχείο στο κέντρο. Σε αυτό το κεραμικό δοχείο, υπάρχει μια ράβδος ψευδαργύρου και θειικός ψευδάργυρος ως αρνητικό ηλεκτρόδιο. Στο διάλυμα, οι μικρές τρύπες στο κεραμικό δοχείο επιτρέπουν στα δύο κλειδιά να ανταλλάσσουν ιόντα. Οι σύγχρονες μπαταρίες Daniel χρησιμοποιούν κυρίως γέφυρες αλατιού ή ημιπερατές μεμβράνες για να επιτύχουν αυτό το αποτέλεσμα. Οι μπαταρίες Daniel χρησιμοποιήθηκαν ως πηγή ενέργειας για το τηλεγραφικό δίκτυο μέχρι να τις αντικαταστήσουν οι ξηρές μπαταρίες.

Η εξίσωση αντίδρασης ηλεκτροδίου της μπαταρίας Daniel:

Θετικό ηλεκτρόδιο: 〖Cu〗^(2+)+2e^-→Cu

αρνητικό ηλεκτρόδιο: Zn→〖Zn〗^(2+)+2e^-

Μέχρι στιγμής, έχει προσδιοριστεί η κύρια μορφή της μπαταρίας, η οποία περιλαμβάνει το θετικό ηλεκτρόδιο, το αρνητικό ηλεκτρόδιο και τον ηλεκτρολύτη. Σε μια τέτοια βάση, οι μπαταρίες έχουν υποστεί ταχεία ανάπτυξη τα επόμενα 100 χρόνια. Έχουν εμφανιστεί πολλά νέα συστήματα μπαταριών, συμπεριλαμβανομένου του Γάλλου επιστήμονα Gaston Planté που εφηύρε τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος το 1856. Μπαταρίες μολύβδου οξέος Το μεγάλο ρεύμα εξόδου και η χαμηλή τους τιμή έχουν προσελκύσει ευρεία προσοχή, επομένως χρησιμοποιείται σε πολλές κινητές συσκευές, όπως πρώιμες ηλεκτρικές οχήματα. Συχνά χρησιμοποιείται ως εφεδρικό τροφοδοτικό για ορισμένα νοσοκομεία και σταθμούς βάσης. Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος αποτελούνται κυρίως από μόλυβδο, διοξείδιο του μολύβδου και διάλυμα θειικού οξέος και η τάση τους μπορεί να φτάσει περίπου τα 2 V. Ακόμη και στη σύγχρονη εποχή, οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος δεν έχουν εξαλειφθεί λόγω της ώριμης τεχνολογίας, των χαμηλών τιμών και των ασφαλέστερων συστημάτων με βάση το νερό.

Η εξίσωση αντίδρασης ηλεκτροδίου της μπαταρίας μολύβδου-οξέος:

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

Αρνητικό ηλεκτρόδιο: Pb+〖SO〗_4^(2-)→Pb〖SO〗_4+2e^-

Η μπαταρία νικελίου-καδμίου, που εφευρέθηκε από τον Σουηδό επιστήμονα Waldemar Jungner το 1899, χρησιμοποιείται ευρύτερα σε μικρές κινητές ηλεκτρονικές συσκευές, όπως τα πρώιμα walkman, λόγω της υψηλότερης ενεργειακής πυκνότητάς της από τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος. Παρόμοια με τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος. Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως από τη δεκαετία του 1990, αλλά η τοξικότητά τους είναι σχετικά υψηλή και η ίδια η μπαταρία έχει ένα συγκεκριμένο φαινόμενο μνήμης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ακούμε συχνά μερικούς ηλικιωμένους να λένε ότι η μπαταρία πρέπει να είναι πλήρως αποφορτισμένη πριν την επαναφόρτιση και ότι οι άχρηστες μπαταρίες θα μολύνουν τη γη κ.λπ. (Λάβετε υπόψη ότι ακόμη και οι τρέχουσες μπαταρίες είναι εξαιρετικά τοξικές και δεν πρέπει να απορρίπτονται παντού, αλλά οι τρέχουσες μπαταρίες λιθίου δεν έχουν οφέλη στη μνήμη και η υπερβολική αποφόρτιση είναι επιβλαβής για τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.) Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου είναι πιο επιβλαβείς για το περιβάλλον και Η εσωτερική αντίσταση θα αλλάξει με τη θερμοκρασία, η οποία μπορεί να προκαλέσει ζημιά λόγω υπερβολικού ρεύματος κατά τη φόρτιση. Οι μπαταρίες νικελίου-υδρογόνου το εξάλειψαν σταδιακά γύρω στο 2005. Μέχρι στιγμής, μπαταρίες νικελίου-καδμίου σπάνια εμφανίζονται στην αγορά.

Εξίσωση αντίδρασης ηλεκτροδίου μπαταρίας νικελίου-καδμίου:

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

Αρνητικό ηλεκτρόδιο: Cd+2OH^-→Cd〖(OH)〗_2+2e^-

Στάδιο μπαταρίας μετάλλου λιθίου

Στη δεκαετία του 1960, οι άνθρωποι εισήλθαν επίσημα στην εποχή των μπαταριών λιθίου.

Το ίδιο το μέταλλο λιθίου ανακαλύφθηκε το 1817 και οι άνθρωποι σύντομα συνειδητοποίησαν ότι οι φυσικές και χημικές ιδιότητες του μετάλλου λιθίου χρησιμοποιούνται εγγενώς ως υλικά για μπαταρίες. Έχει χαμηλή πυκνότητα (0.534g 〖cm〗^(-3)), μεγάλη χωρητικότητα (θεωρητικά έως 3860mAh g^(-1)) και χαμηλό δυναμικό (-3.04V σε σύγκριση με το τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου). Αυτά σχεδόν λένε στους ανθρώπους ότι είμαι το αρνητικό ηλεκτρόδιο της ιδανικής μπαταρίας. Ωστόσο, το ίδιο το μέταλλο λιθίου έχει τεράστια προβλήματα. Είναι πολύ ενεργό, αντιδρά βίαια με το νερό και έχει υψηλές απαιτήσεις στο περιβάλλον λειτουργίας. Ως εκ τούτου, για πολύ καιρό, οι άνθρωποι ήταν αβοήθητοι με αυτό.

Το 1913, οι Lewis και Keyes μέτρησαν το δυναμικό του ηλεκτροδίου μετάλλου λιθίου. Και διεξήγαγε μια δοκιμή μπαταρίας με ιωδιούχο λίθιο σε διάλυμα προπυλαμίνης ως ηλεκτρολύτη, αν και απέτυχε.

Το 1958, ο William Sidney Harris ανέφερε στη διδακτορική του διατριβή ότι έβαλε μέταλλο λιθίου σε διαφορετικά διαλύματα οργανικών εστέρων και παρατήρησε το σχηματισμό μιας σειράς στρωμάτων παθητικοποίησης (συμπεριλαμβανομένου του μετάλλου λιθίου σε υπερχλωρικό οξύ). Λίθιο LiClO_4

Το φαινόμενο στο διάλυμα PC του ανθρακικού προπυλενίου, και αυτό το διάλυμα είναι ένα ζωτικής σημασίας σύστημα ηλεκτρολυτών σε μπαταρίες λιθίου στο μέλλον), και ένα συγκεκριμένο φαινόμενο μετάδοσης ιόντων έχει παρατηρηθεί, επομένως έχουν γίνει κάποια προκαταρκτικά πειράματα ηλεκτροαπόθεσης με βάση αυτό. Αυτά τα πειράματα οδήγησαν επίσημα στην ανάπτυξη μπαταριών λιθίου.

Το 1965, η NASA διεξήγαγε μια εις βάθος μελέτη σχετικά με τα φαινόμενα φόρτισης και εκφόρτισης των μπαταριών Li||Cu σε διαλύματα PC υπερχλωρικού λιθίου. Άλλα συστήματα ηλεκτρολυτών, συμπεριλαμβανομένης της ανάλυσης των LiBF_4, LiI, LiAl〖Cl〗_4, LiCl, Αυτή η έρευνα έχει προκαλέσει μεγάλο ενδιαφέρον για τα συστήματα οργανικών ηλεκτρολυτών.

Το 1969, ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας έδειξε ότι κάποιος είχε αρχίσει να προσπαθεί να εμπορευματοποιήσει μπαταρίες οργανικών διαλυμάτων χρησιμοποιώντας μέταλλα λιθίου, νατρίου και καλίου.

Το 1970, η ιαπωνική Panasonic Corporation εφηύρε την μπαταρία Li‖CF_x ┤, όπου η αναλογία x είναι γενικά 0.5-1. Ο CF_x είναι ένας φθοράνθρακας. Αν και το αέριο φθόριο είναι πολύ τοξικό, ο ίδιος ο φθοράνθρακας είναι μια υπόλευκη μη τοξική σκόνη. Η εμφάνιση της μπαταρίας Li‖CF_x ┤ μπορούμε να πούμε ότι είναι η πρώτη πραγματική εμπορική μπαταρία λιθίου. Η μπαταρία Li‖CF_x ┤ είναι μια κύρια μπαταρία. Ωστόσο, η χωρητικότητά του είναι τεράστια, η θεωρητική χωρητικότητα είναι 865 mAh 〖Kg〗^(-1) και η τάση εκφόρτισής του είναι πολύ σταθερή σε μεγάλη εμβέλεια. Ως εκ τούτου, η ισχύς είναι σταθερή και το φαινόμενο αυτοεκφόρτισης μικρό. Αλλά έχει απίθανη απόδοση και δεν μπορεί να φορτιστεί. Επομένως, γενικά συνδυάζεται με διοξείδιο του μαγγανίου για την παραγωγή μπαταριών Li‖CF_x ┤-MnO_2, οι οποίες χρησιμοποιούνται ως εσωτερικές μπαταρίες για ορισμένους μικρούς αισθητήρες, ρολόγια κ.λπ., και δεν έχουν εξαλειφθεί.

Θετικό ηλεκτρόδιο: CF_x+xe^-+x〖Li〗^+→C+xLiF

Αρνητικό ηλεκτρόδιο: Li→〖Li〗^++e^-

Το 1975, η Sanyo Corporation της Ιαπωνίας εφηύρε την μπαταρία Li‖MnO_2 ┤, που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά σε επαναφορτιζόμενες ηλιακές αριθμομηχανές. Αυτή μπορεί να θεωρηθεί ως η πρώτη επαναφορτιζόμενη μπαταρία λιθίου. Αν και αυτό το προϊόν είχε μεγάλη επιτυχία στην Ιαπωνία εκείνη την εποχή, οι άνθρωποι δεν είχαν βαθιά κατανόηση αυτού του υλικού και δεν γνώριζαν το λίθιο και το διοξείδιο του μαγγανίου. Τι είδους λόγος κρύβεται πίσω από την αντίδραση;

Σχεδόν ταυτόχρονα, οι Αμερικάνοι έψαχναν για μια επαναχρησιμοποιήσιμη μπαταρία, την οποία σήμερα ονομάζουμε δευτερεύουσα μπαταρία.

Το 1972, το MBArmand (τα ονόματα ορισμένων επιστημόνων δεν μεταφράστηκαν στην αρχή) πρότεινε σε μια εργασία συνεδρίου M_(0.5) Fe〖(CN)〗_3 (όπου το M είναι ένα αλκαλικό μέταλλο) και άλλα υλικά με πρωσική μπλε δομή. , Και μελέτησε το φαινόμενο της παρεμβολής ιόντων. Και το 1973, ο J. Broadhead και άλλοι των Bell Labs μελέτησαν το φαινόμενο παρεμβολής ατόμων θείου και ιωδίου σε διχαλκογονίδια μετάλλων. Αυτές οι προκαταρκτικές μελέτες για το φαινόμενο της παρεμβολής ιόντων είναι η πιο σημαντική κινητήρια δύναμη για τη σταδιακή πρόοδο των μπαταριών λιθίου. Η αρχική έρευνα είναι ακριβής λόγω αυτών των μελετών ότι αργότερα κατέστη δυνατή η χρήση μπαταριών ιόντων λιθίου.

Το 1975, ο Martin B. Dines της Exxon (ο προκάτοχος της Exxon Mobil) διεξήγαγε προκαταρκτικούς υπολογισμούς και πειράματα σχετικά με την παρεμβολή μεταξύ μιας σειράς διχαλκογονιδίων μετάλλων μετάπτωσης και αλκαλικών μετάλλων και την ίδια χρονιά, το Exxon ήταν άλλο όνομα. Ο επιστήμονας MS Whittingham δημοσίευσε ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στην πισίνα Li‖TiS_2 ┤. Και το 1977, η Exoon κυκλοφόρησε στο εμπόριο μια μπαταρία βασισμένη στο Li-Al‖TiS_2┤, στην οποία το κράμα αλουμινίου λιθίου μπορεί να βελτιώσει την ασφάλεια της μπαταρίας (αν και εξακολουθεί να υπάρχει πιο σημαντικός κίνδυνος). Μετά από αυτό, τέτοια συστήματα μπαταριών έχουν χρησιμοποιηθεί διαδοχικά από την Eveready στις Ηνωμένες Πολιτείες. Εμπορευματοποίηση Battery Company και Grace Company. Η μπαταρία Li‖TiS_2 ┤ μπορεί να είναι η πρώτη δευτερεύουσα μπαταρία λιθίου με την πραγματική έννοια, και ήταν επίσης το πιο καυτό σύστημα μπαταρίας εκείνη την εποχή. Εκείνη την εποχή, η ενεργειακή του πυκνότητα ήταν περίπου 2-3 ​​φορές μεγαλύτερη από αυτή των μπαταριών μολύβδου-οξέος.

Θετικό ηλεκτρόδιο: TiS_2+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x TiS_2

Αρνητικό ηλεκτρόδιο: Li→〖Li〗^++e^-

Ταυτόχρονα, ο Καναδός επιστήμονας MA Py εφηύρε την μπαταρία Li‖MoS_2┤ το 1983, η οποία μπορεί να έχει ενεργειακή πυκνότητα 60-65Wh 〖Kg〗^(-1) στο 1/3C, που ισοδυναμεί με Li‖TiS_2┤ μπαταρία. Με βάση αυτό, το 1987, η καναδική εταιρεία Moli Energy λάνσαρε μια πραγματικά εκτενώς εμπορευματοποιημένη μπαταρία λιθίου, η οποία ήταν ευρέως περιζήτητη σε όλο τον κόσμο. Αυτό θα έπρεπε να ήταν ένα ιστορικά σημαντικό γεγονός, αλλά η ειρωνεία είναι ότι προκαλεί και την παρακμή του Μόλι στη συνέχεια. Στη συνέχεια, την άνοιξη του 1989, η Moli Company κυκλοφόρησε τα προϊόντα μπαταρίας δεύτερης γενιάς Li‖MoS_2┤. Στα τέλη της άνοιξης του 1989, το προϊόν μπαταρίας Li‖MoS_2┤ πρώτης γενιάς της Moli εξερράγη και προκάλεσε πανικό μεγάλης κλίμακας. Το καλοκαίρι του ίδιου έτους, όλα τα προϊόντα ανακλήθηκαν και τα θύματα αποζημιώθηκαν. Στα τέλη του ίδιου έτους, η Moli Energy κήρυξε πτώχευση και εξαγοράστηκε από την ιαπωνική NEC την άνοιξη του 1990. Αξίζει να αναφέρουμε ότι φημολογείται ότι ο Jeff Dahn, Καναδός επιστήμονας εκείνη την εποχή, ηγείτο του έργου μπαταριών στη Μόλι Energy και παραιτήθηκε λόγω της αντίθεσής του στη συνέχιση της εισαγωγής των μπαταριών Li‖MoS_2 ┤.

Θετικό ηλεκτρόδιο: MoS_2+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x MoS_2

Αρνητικό ηλεκτρόδιο: Li→〖Li〗^++e^-

Μέχρι στιγμής, οι μπαταρίες λιθίου έχουν φύγει σταδιακά από το βλέμμα του κοινού. Μπορούμε να δούμε ότι κατά την περίοδο από το 1970 έως το 1980, η έρευνα των επιστημόνων για τις μπαταρίες λιθίου επικεντρώθηκε κυρίως σε υλικά καθόδου. Ο τελικός στόχος εστιάζεται πάντα στα διχαλκογονίδια μετάλλων μεταπτώσεως. Λόγω της στρωματοποιημένης δομής τους (τα διχαλκογονίδια μετάλλων μεταπτώσεως μελετώνται ευρέως ως δισδιάστατο υλικό), τα στρώματά τους και Υπάρχουν αρκετά κενά μεταξύ των στρωμάτων για να φιλοξενήσουν την εισαγωγή ιόντων λιθίου. Εκείνη την εποχή, υπήρξε πολύ λίγη έρευνα για τα υλικά ανόδου κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Αν και ορισμένες μελέτες έχουν επικεντρωθεί στην κράμα του μετάλλου λιθίου για την ενίσχυση της σταθερότητάς του, το ίδιο το μέταλλο λιθίου είναι πολύ ασταθές και επικίνδυνο. Αν και η έκρηξη της μπαταρίας του Μόλι ήταν ένα γεγονός που συγκλόνισε τον κόσμο, υπήρξαν πολλές περιπτώσεις έκρηξης μπαταριών μετάλλου λιθίου.

Επιπλέον, οι άνθρωποι δεν γνώριζαν πολύ καλά την αιτία της έκρηξης των μπαταριών λιθίου. Επιπλέον, το μέταλλο λιθίου θεωρούνταν κάποτε ένα αναντικατάστατο υλικό αρνητικού ηλεκτροδίου λόγω των καλών ιδιοτήτων του. Μετά την έκρηξη της μπαταρίας του Moli, η αποδοχή των μπαταριών μετάλλου λιθίου από τον κόσμο έπεσε κατακόρυφα και οι μπαταρίες λιθίου εισήλθαν σε μια σκοτεινή περίοδο.

Για να έχουν μια ασφαλέστερη μπαταρία, οι άνθρωποι πρέπει να ξεκινήσουν με το επιβλαβές υλικό ηλεκτροδίων. Ωστόσο, υπάρχει μια σειρά προβλημάτων εδώ: το δυναμικό του μετάλλου λιθίου είναι ρηχό και η χρήση άλλων σύνθετων αρνητικών ηλεκτροδίων θα αυξήσει το αρνητικό δυναμικό ηλεκτροδίων και με αυτόν τον τρόπο, οι μπαταρίες λιθίου Η συνολική διαφορά δυναμικού θα μειωθεί, γεγονός που θα μειώσει την ενεργειακή πυκνότητα της καταιγίδας. Επομένως, οι επιστήμονες πρέπει να βρουν το αντίστοιχο υλικό καθόδου υψηλής τάσης. Ταυτόχρονα, ο ηλεκτρολύτης της μπαταρίας πρέπει να ταιριάζει με τις θετικές και αρνητικές τάσεις και τη σταθερότητα του κύκλου. Ταυτόχρονα, η αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη και η αντίσταση στη θερμότητα είναι καλύτερη. Αυτή η σειρά ερωτήσεων μπέρδεψε τους επιστήμονες για μεγάλο χρονικό διάστημα για να βρουν μια πιο ικανοποιητική απάντηση.

Το πρώτο πρόβλημα που πρέπει να λύσουν οι επιστήμονες είναι να βρουν ένα ασφαλές, επιβλαβές υλικό ηλεκτροδίων που μπορεί να αντικαταστήσει το μέταλλο λιθίου. Το ίδιο το μέταλλο λιθίου έχει υπερβολική χημική δραστηριότητα και μια σειρά από προβλήματα ανάπτυξης δενδρίτη ήταν πολύ σκληρά για το περιβάλλον και τις συνθήκες χρήσης και δεν είναι ασφαλές. Ο γραφίτης είναι τώρα το κύριο σώμα του αρνητικού ηλεκτροδίου των μπαταριών ιόντων λιθίου και η εφαρμογή του σε μπαταρίες λιθίου έχει μελετηθεί ήδη από το 1976. Το 1976, ο Besenhard, JO διεξήγαγε μια πιο λεπτομερή μελέτη για την ηλεκτροχημική σύνθεση του LiC_R. Ωστόσο, αν και ο γραφίτης έχει εξαιρετικές ιδιότητες (υψηλή αγωγιμότητα, υψηλή χωρητικότητα, χαμηλό δυναμικό, αδράνεια κ.λπ.), εκείνη την εποχή, ο ηλεκτρολύτης που χρησιμοποιείται στις μπαταρίες λιθίου είναι γενικά η λύση PC του LiClO_4 που αναφέρθηκε παραπάνω. Ο γραφίτης έχει ένα σημαντικό πρόβλημα. Ελλείψει προστασίας, τα μόρια PC ηλεκτρολύτη θα εισέλθουν επίσης στη δομή του γραφίτη με την παρεμβολή ιόντων λιθίου, με αποτέλεσμα τη μείωση της απόδοσης του κύκλου. Επομένως, ο γραφίτης δεν ευνοήθηκε από τους επιστήμονες εκείνη την εποχή.

Όσον αφορά το υλικό της καθόδου, μετά την έρευνα του σταδίου της μπαταρίας μετάλλου λιθίου, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι το ίδιο το υλικό ανόδου λιθίου είναι επίσης ένα υλικό αποθήκευσης λιθίου με καλή αναστρεψιμότητα, όπως LiTiS_2,〖Li〗_x V〖Se〗_2 (x =1,2) και ούτω καθεξής, και σε αυτή τη βάση, 〖Li〗_x V_2 O_5 (0.35≤x<3), LiV_2 O_8 και άλλα υλικά έχουν αναπτυχθεί. Και οι επιστήμονες εξοικειώθηκαν σταδιακά με διάφορα μονοδιάστατα κανάλια ιόντων (1D), 1-διάστατη παρεμβολή ιόντων με στρώματα (2D) και τρισδιάστατες δομές δικτύου μετάδοσης ιόντων.

Η πιο διάσημη έρευνα του καθηγητή John B. Goodenough για το LiCoO_2 (LCO) έλαβε χώρα επίσης αυτή τη στιγμή. Το 1979, οι Goodenougd et al. εμπνεύστηκαν από ένα άρθρο για τη δομή του NaCoO_2 το 1973 και ανακάλυψαν το LCO και δημοσίευσαν ένα άρθρο για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Το LCO έχει μια πολυεπίπεδη δομή παρεμβολής παρόμοια με τα δισουλφίδια μετάλλων μεταπτώσεως, στα οποία τα ιόντα λιθίου μπορούν να εισαχθούν και να εκχυλιστούν αναστρέψιμα. Εάν τα ιόντα λιθίου εξαχθούν πλήρως, θα σχηματιστεί μια κλειστή δομή CoO_2 και μπορεί να εισαχθεί ξανά με ιόντα λιθίου για λίθιο (Φυσικά, μια πραγματική μπαταρία δεν θα επιτρέψει την πλήρη εξαγωγή των ιόντων λιθίου, η οποία θα προκαλέσει τη γρήγορη αποσύνθεση της ικανότητας). Το 1986, ο Akira Yoshino, ο οποίος εργαζόταν ακόμα στην Asahi Kasei Corporation στην Ιαπωνία, συνδύασε για πρώτη φορά τα τρία διαλύματα LCO, οπτάνθρακα και LiClO_4 PC, και έγινε η πρώτη σύγχρονη δευτερεύουσα μπαταρία ιόντων λιθίου και έγινε το σημερινό λίθιο. η μπαταρία. Η Sony παρατήρησε γρήγορα το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας LCO του «αρκετά καλού» γέρου και έλαβε εξουσιοδότηση να το χρησιμοποιήσει. Το 1991, διέθεσε στο εμπόριο την μπαταρία ιόντων λιθίου LCO. Η ιδέα της μπαταρίας ιόντων λιθίου εμφανίστηκε επίσης αυτή τη στιγμή, και η ιδέα της επίσης συνεχίζεται μέχρι σήμερα. (Αξίζει να σημειωθεί ότι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου πρώτης γενιάς της Sony και ο Akira Yoshino χρησιμοποιούν επίσης σκληρό άνθρακα ως αρνητικό ηλεκτρόδιο αντί για γραφίτη και ο λόγος είναι ότι ο παραπάνω υπολογιστής έχει παρεμβολή στον γραφίτη)

Θετικό ηλεκτρόδιο: 6C+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x C_6

Αρνητικό ηλεκτρόδιο: LiCoO_2→〖Li〗_(1-x) CoO_2+x〖Li〗^++xe^-

Από την άλλη πλευρά, το 1978, ο Armand, M. πρότεινε τη χρήση της πολυαιθυλενογλυκόλης (PEO) ως στερεού πολυμερούς ηλεκτρολύτη για να λύσει το πρόβλημα παραπάνω ότι η άνοδος γραφίτη ενσωματώνεται εύκολα σε μόρια PC διαλύτη (ο κύριος ηλεκτρολύτης εκείνη την εποχή ακόμα χρησιμοποιεί PC, μικτό διάλυμα DEC), το οποίο έβαλε γραφίτη στο σύστημα μπαταριών λιθίου για πρώτη φορά και πρότεινε την ιδέα της μπαταρίας με κουνιστή καρέκλα (κουνιστή καρέκλα) το επόμενο έτος. Μια τέτοια ιδέα συνεχίστηκε μέχρι σήμερα. Τα τρέχοντα κύρια συστήματα ηλεκτρολυτών, όπως τα ED/DEC, EC/DMC, κ.λπ., εμφανίστηκαν μόνο αργά τη δεκαετία του 1990 και χρησιμοποιούνται από τότε.

Κατά την ίδια περίοδο, οι επιστήμονες εξερεύνησαν επίσης μια σειρά από μπαταρίες: Li‖Nb〖Se〗_3 ┤ μπαταρίες, Li‖V〖SE〗_2 ┤ μπαταρίες, Li‖〖Ag〗_2 V_4 ┤ O_11 μπαταρίες, Li┖ Li ‖I_2 ┤Μπαταρίες, κ.λπ., γιατί είναι λιγότερο πολύτιμες τώρα, και δεν υπάρχουν πολλά είδη έρευνας, ώστε να μην τις παρουσιάσω λεπτομερώς.

• Μπαταρία Li-ion στάδιο

Η εποχή της ανάπτυξης μπαταριών ιόντων λιθίου μετά το 1991 είναι η εποχή στην οποία βρισκόμαστε τώρα. Εδώ δεν θα συνοψίσω τη διαδικασία ανάπτυξης λεπτομερώς, αλλά θα παρουσιάσω εν συντομία το χημικό σύστημα μερικών μπαταριών ιόντων λιθίου.

Μια εισαγωγή στα τρέχοντα συστήματα μπαταριών ιόντων λιθίου, εδώ είναι το επόμενο μέρος.