Orijin nan aparèy batri a ka kòmanse ak dekouvèt boutèy Leiden la. Boutèy Leiden la te premye envante pa syantis Olandè Pieter van Musschenbroek an 1745. Bokal Leyden se yon aparèy kondansateur primitif. Li konpoze de de fèy metal separe pa yon izolan. Baton an metal ki anwo a itilize pou estoke ak lage chaj. Lè ou manyen baton an Lè yo itilize boul metal la, boutèy Leiden an ka kenbe oswa retire enèji elektrik entèn la, ak prensip li yo ak preparasyon yo senp. Nenpòt moun ki enterese ka fè li poukont li nan kay la, men fenomèn pwòp tèt ou-egzeyat li yo pi grav akòz gid senp li yo. Anjeneral, tout elektrisite a pral egzeyate nan kèk èdtan nan kèk jou. Sepandan, Aparisyon nan boutèy Leiden make yon nouvo etap nan rechèch la nan elektrisite.
Nan ane 1790 yo, syantifik Italyen Luigi Galvani te dekouvri itilizasyon fil zenk ak kwiv pou konekte janm krapo e li te jwenn ke janm krapo yo ta twitch, kidonk li te pwopoze konsèp "byoelectricity." Dekouvèt sa a te lakòz syantifik italyen Alessandro a tòde. Objeksyon Volta a, Volta kwè ke twitching nan janm krapo a soti nan kouran elektrik ki te pwodwi pa metal la olye ke kouran elektrik la sou krapo la. Pou refite teyori Galvani a, Volta te pwopoze pi popilè Volta Stack li a. Pile voltaik la gen ladan fèy zenk ak kwiv ak bwat katon tranpe nan dlo sale nan mitan. Sa a se pwototip nan yon batri chimik pwopoze.
Ekwasyon reyaksyon elektwòd yon selil voltaik:
lektwòd pozitif: 2H^++2e^-→H_2
elektwòd negatif: Zn→〖Zn〗^(2+)+2e^-
Nan 1836, syantis Britanik John Frederic Daniell te envante batri Daniel la pou rezoud pwoblèm bul lè nan batri a. Batri Daniel la gen fòm prensipal yon batri chimik modèn. Li konsiste de de pati. Pati pozitif la benyen nan yon solisyon silfat kwiv. Lòt pati nan kwiv se zenk benyen nan yon solisyon silfat zenk. Batri Daniel orijinal la te ranpli ak solisyon silfat kòb kwiv mete nan yon bokal kòb kwiv mete epi mete yon veso seramik pore silendrik nan sant la. Nan veso seramik sa a, gen yon baton zenk ak silfat zenk kòm elektwòd negatif la. Nan solisyon an, ti twou yo nan veso seramik la pèmèt de kle yo fè echanj iyon. Batri modèn Daniel sitou itilize pon sèl oswa manbràn semi-pèmeyab pou reyalize efè sa a. Batri Daniel yo te itilize kòm yon sous kouran pou rezo telegraf la jiskaske pil sèk ranplase yo.
Ekwasyon reyaksyon elektwòd batri Daniel la:
Elektwòd pozitif: 〖Cu〗^(2+)+2e^-→Cu
elektwòd negatif: Zn→〖Zn〗^(2+)+2e^-
Jiskaprezan, yo te detèmine fòm prensipal batri a, ki gen ladan elektwòd pozitif, elektwòd negatif ak elektwolit la. Sou yon baz konsa, pil yo te sibi devlopman rapid nan pwochen 100 ane yo. Anpil nouvo sistèm batri yo te parèt, ki gen ladan syantifik franse Gaston Planté te envante pil plon-asid an 1856. Batri plon-asid Gwo pwodiksyon aktyèl li yo ak pri ki ba yo te atire atansyon lajè, kidonk li itilize nan anpil aparèy mobil, tankou elektrik bonè. machin yo. Li se souvan itilize kòm yon rezèv pouvwa backup pou kèk lopital ak estasyon baz. Plon-asid pil yo sitou konpoze de plon, diyoksid plon, ak solisyon asid silfirik, ak vòltaj yo ka rive sou 2V. Menm nan tan modèn, pil plon-asid yo pa te elimine akòz teknoloji ki gen matirite yo, pri ki ba, ak pi an sekirite sistèm ki baze sou dlo.
Ekwasyon reyaksyon elektwòd batri plon-asid la:
Positive electrode: PbO_2+〖SO〗_4^(2-)+4H^++2e^-→Pb〖SO〗_4+2H_2 O
Elektwòd negatif: Pb+〖SO〗_4^(2-)→Pb〖SO〗_4+2e^-
Batri nikèl-kadmyòm, ki te envante pa syantis Swedish Waldemar Jungner an 1899, se pi plis itilize nan ti aparèy elektwonik mobil, tankou walkmans bonè, akòz dansite enèji ki pi wo pase pil plon-asid. Menm jan ak pil plon-asid. Batri nikèl-kadmyòm yo te lajman itilize depi ane 1990 yo, men toksisite yo relativman wo, ak batri a tèt li gen yon efè memwa espesifik. Se poutèt sa nou souvan tande kèk granmoun ki pi gran di ke batri a dwe konplètman egzeyate anvan rechaje e ke pil fatra pral kontamine tè a, ak sou sa. (Remake byen ke menm pil aktyèl yo trè toksik epi yo pa ta dwe jete tout kote, men pil ityòm aktyèl yo pa gen benefis memwa, ak twòp egzeyat se danjere nan lavi batri.) Batri nikèl-kadmyòm yo pi domaje nan anviwònman an, ak yo. rezistans entèn yo pral chanje ak tanperati, ki ka lakòz domaj akòz twòp aktyèl pandan chaje. Batri nikèl-idwojèn piti piti elimine li alantou 2005. Jiskaprezan, pil nikèl-kadmyòm yo raman wè nan mache a.
Ekwasyon reyaksyon elektwòd batri nikèl-kadmyòm:
Positive electrode: 2NiO(OH)+2H_2 O+2e^-→2OH^-+2Ni〖(OH)〗_2
Elektwòd negatif: Cd+2OH^-→Cd〖(OH)〗_2+2e^-
Etap batri ityòm metal
Nan ane 1960 yo, moun finalman te antre ofisyèlman nan epòk pil ityòm yo.
Lityòm metal tèt li te dekouvri nan 1817, ak moun byento reyalize ke pwopriyete fizik ak chimik ityòm metal yo natirèlman itilize kòm materyèl pou pil. Li gen dansite ki ba (0.534g 〖cm〗^(-3)), gwo kapasite (teyorik jiska 3860mAh g^(-1)), ak potansyèl ki ba li yo (-3.04V konpare ak elektwòd idwojèn estanda). Sa yo prèske di moun mwen se materyèl la elektwòd negatif nan batri ideyal la. Sepandan, metal ityòm tèt li gen gwo pwoblèm. Li twò aktif, reyaji vyolans ak dlo, epi li gen gwo kondisyon sou anviwònman an opere. Se poutèt sa, pou yon tan long, moun yo te dekouraje ak li.
An 1913, Lewis ak Keyes te mezire potansyèl elektwòd metal ityòm lan. Ak fè yon tès batri ak ityòm yodide nan solisyon propylamine kòm elektwolit la, byenke li echwe.
An 1958, William Sidney Harris te mansyone nan tèz doktora li ke li te mete metal ityòm nan diferan solisyon ester òganik epi obsève fòmasyon nan yon seri kouch pasivasyon (ki gen ladan metal ityòm nan asid pèklorik). Lityòm LiClO_4
Fenomèn nan solisyon PC a nan kabonat pwopilèn, ak solisyon sa a se yon sistèm elektwolit vital nan pil ityòm nan tan kap vini an), ak yon fenomèn espesifik transmisyon ion yo te obsève, kidonk kèk eksperyans electrodeposition preliminè yo te fè ki baze sou sa a. Eksperyans sa yo ofisyèlman mennen nan devlopman pil ityòm.
An 1965, NASA te fè yon etid apwofondi sou fenomèn chaje ak dechaje pil Li||Cu nan solisyon PC ityòm pèklorat. Lòt sistèm elektwolit, ki gen ladan analiz LiBF_4, LiI, LiAl〖Cl〗_4, LiCl, Rechèch sa a te eksite gwo enterè nan sistèm elektwolit òganik.
An 1969, yon patant te montre ke yon moun te kòmanse eseye komèsyalize pil solisyon òganik lè l sèvi avèk ityòm, sodyòm, ak metal potasyòm.
An 1970, Panasonic Corporation Japon an te envante batri Li‖CF_x ┤, kote rapò x se jeneralman 0.5-1. CF_x se yon fluorokarbon. Malgre ke gaz fliyò trè toksik, fluorokarbon nan tèt li se yon poud blan ki pa toksik. Aparisyon batri Li‖CF_x ┤ ka di se premye reyèl batri ityòm komèsyal la. Li‖CF_x ┤ batri se yon batri prensipal. Toujou, kapasite li se gwo, kapasite teyorik la se 865mAh 〖Kg〗^(-1), ak vòltaj egzeyat li yo trè estab nan alontèm la. Pakonsekan, pouvwa a se ki estab ak fenomèn nan pwòp tèt ou-egzeyat piti. Men, li gen pèfòmans gwo pousantaj epi yo pa ka chaje. Se poutèt sa, li jeneralman konbine avèk dyosid Manganèz pou fè pil Li‖CF_x ┤-MnO_2, ki itilize kòm pil entèn pou kèk ti detèktè, revèy, elatriye, epi yo pa te elimine.
Elektwòd pozitif: CF_x+xe^-+x〖Li〗^+→C+xLiF
Elektwòd negatif: Li→〖Li〗^++e^-
An 1975, Sanyo Corporation Japon an te envante batri Li‖MnO_2 ┤, premye itilize nan kalkilatris solè rechargeable. Sa a ka konsidere kòm premye batri ityòm rechargeable. Malgre ke pwodwi sa a te yon gwo siksè nan Japon nan tan sa a, moun pa t 'gen yon konpreyansyon pwofon nan materyèl sa yo epi yo pa t' konnen ityòm li yo ak diyoksid Manganèz. Ki kalite rezon ki dèyè reyaksyon an?
Nan prèske menm tan an, Ameriken yo t ap chèche yon batri ki kapab itilize ankò, ki kounye a nou rele yon batri segondè.
Nan lane 1972, MBArmand (non kèk syantis yo pa te tradui nan kòmansman an) pwopoze nan yon papye konferans M_(0.5) Fe〖(CN)〗_3 (kote M se yon metal alkali) ak lòt materyèl ki gen yon estrikti ble Prussian. , Epi etidye fenomèn intercalation ion li yo. Ak nan 1973, J. Broadhead ak lòt moun nan Bell Labs etidye fenomèn nan entèkalasyon nan atòm souf ak yòd nan metal dichalcogenides. Etid preliminè sa yo sou fenomèn entèkalasyon ion yo se fòs kondwi ki pi enpòtan pou pwogrè gradyèl pil ityòm yo. Rechèch orijinal la presi paske nan etid sa yo ki pita ityòm-ion pil vin posib.
An 1975, Martin B. Dines nan Exxon (predesesè Exxon Mobil) te fè kalkil preliminè ak eksperyans sou entèkalasyon ant yon seri dikalkojenid metal tranzisyon ak metal alkali epi nan menm ane a, Exxon te yon lòt non Syantis MS Whittingham te pibliye yon patant. sou Li‖TiS_2 ┤ pisin. Ak nan 1977, Exoon komèsyalize yon batri ki baze sou Li-Al‖TiS_2┤, nan ki alyaj ityòm aliminyòm ka amelyore sekirite nan batri a (byenke gen toujou yon risk ki pi enpòtan). Apre sa, sistèm batri sa yo te successivement itilize pa Eveready nan Etazini. Komèsyalizasyon Battery Company ak Grace Company. Li‖TiS_2 ┤ batri a ka premye batri ityòm segondè nan sans vre, epi li te tou sistèm batri ki pi cho nan moman an. Nan tan sa a, dansite enèji li yo te apeprè 2-3 fwa sa a nan pil plon-asid.
Elektwòd pozitif: TiS_2+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x TiS_2
Elektwòd negatif: Li→〖Li〗^++e^-
An menm tan an, syantis Kanadyen MA Py te envante batri Li‖MoS_2┤ an 1983, ki ka gen yon dansite enèji 60-65Wh 〖Kg〗^(-1) nan 1/3C, ki ekivalan a Li‖TiS_2┤ batri. Ki baze sou sa a, an 1987, konpayi Kanadyen an Moli Energy te lanse yon batri ityòm vrèman anpil komèsyalize, ki te lajman t'ap chache apre atravè lemond. Sa a ta dwe yon evènman istorikman enpòtan, men iwoni a se ke li se tou ki lakòz n bès nan Moli apre sa. Lè sa a, nan sezon prentan 1989, Moli Company te lanse dezyèm jenerasyon pwodwi batri Li‖MoS_2┤ li yo. Nan fen sezon prentan 1989, premye jenerasyon pwodwi batri Li‖MoS_2┤ Moli a te eksploze e li te lakòz yon gwo panik. Nan ete a nan menm ane a, tout pwodwi yo te raple, ak viktim yo te konpansasyon. Nan fen menm ane a, Moli Energy te deklare fayit e NEC Japon an te achte l nan sezon prentan 1990. Li ta dwe mansyone ke gen rimè ke Jeff Dahn, yon syantis Kanadyen nan epòk la, t ap dirije pwojè batri a nan Moli. Enèji ak demisyone akòz opozisyon li a kontinye lis Li‖MoS_2 ┤ pil.
Elektwòd pozitif: MoS_2+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x MoS_2
Elektwòd negatif: Li→〖Li〗^++e^-
Jiskaprezan, pil metal ityòm yo te piti piti kite je piblik la. Nou ka wè ke pandan peryòd 1970 rive 1980, rechèch syantis yo sou pil ityòm yo te konsantre sitou sou materyèl katod. Objektif final la se toujou konsantre sou dichalcogenides metal tranzisyon. Akòz estrikti kouch yo (dikalkojenid metal tranzisyon yo kounye a lajman etidye kòm yon materyèl ki genyen de dimansyon), kouch yo ak Gen ase twou vid ki genyen ant kouch yo pou akomode ensèsyon iyon ityòm. Nan tan sa a, te gen twò piti rechèch sou materyèl anod pandan peryòd sa a. Malgre ke kèk etid yo te konsantre sou alyaj la nan metal ityòm amelyore estabilite li yo, metal ityòm tèt li twò enstab ak danjere. Malgre ke eksplozyon batri Moli a te yon evènman ki choke mond lan, te gen anpil ka nan eksplozyon an nan batri ityòm metal.
Anplis, moun pa t 'konnen kòz la nan eksplozyon an nan pil ityòm trè byen. Anplis de sa, metal ityòm te yon fwa konsidere kòm yon materyèl iranplasabl elektwòd negatif akòz bon pwopriyete li yo. Apre eksplozyon batri Moli a, akseptasyon moun yo nan pil metal ityòm degrengole, ak pil ityòm antre nan yon peryòd nwa.
Pou gen yon batri pi an sekirite, moun yo dwe kòmanse ak materyèl la elektwòd danjere. Toujou, gen yon seri de pwoblèm isit la: potansyèl la nan metal ityòm se fon, ak itilizasyon lòt elektwòd negatif konpoze ap ogmante potansyèl elektwòd negatif la, ak fason sa a, pil ityòm yo pral redwi diferans potansyèl la an jeneral, ki pral redwi. dansite enèji tanpèt la. Se pou sa, syantis yo gen pou jwenn korespondan wo-vòltaj katod materyèl. An menm tan an, elektwolit batri a dwe matche ak vòltaj pozitif ak negatif ak estabilite sik. An menm tan an, konduktiviti elektwolit la ak rezistans chalè se pi bon. Seri kesyon sa yo te fè syantis yo pè anpil pou yo jwenn yon repons ki pi satisfezan.
Premye pwoblèm pou syantis yo rezoud se jwenn yon materyèl elektwòd ki an sekirite, danjere ki ka ranplase metal ityòm. Lityòm metal tèt li gen twòp aktivite chimik, ak yon seri de pwoblèm kwasans dendrit yo te twò difisil sou anviwònman an itilize ak kondisyon, epi li pa an sekirite. Graphite se kounye a kò prensipal la nan elektwòd negatif nan ityòm-ion pil, ak aplikasyon li nan pil ityòm te etidye osi bonè ke lè 1976. An 1976, Besenhard, JO te fè yon etid pi detaye sou sentèz la elektwochimik nan LiC_R. Sepandan, byenke grafit gen pwopriyete ekselan (segondè konduktivite, gwo kapasite, potansyèl ki ba, inertness, elatriye), nan tan sa a, elektwolit la itilize nan pil ityòm se jeneralman solisyon an PC nan LiClO_4 mansyone pi wo a. Graphite gen yon pwoblèm enpòtan. Nan absans pwoteksyon, molekil elektwolit PC yo pral antre tou nan estrikti grafit ak entèrkalasyon ityòm-ion, sa ki lakòz yon diminisyon nan pèfòmans sik. Se poutèt sa, grafit pa te favorize pa syantis nan tan sa a.
Kòm pou materyèl la katod, apre rechèch la nan etap la batri metal ityòm, syantis yo te jwenn ke materyèl la anod ityòm tèt li se tou yon materyèl depo ityòm ak bon revèrsibilite, tankou LiTiS_2,〖Li〗_x V〖Se〗_2 (x =1,2) ak sou sa, ak sou baz sa a, 〖Li〗_x V_2 O_5 (0.35≤x <3), LiV_2 O_8 ak lòt materyèl yo te devlope. Ak syantis yo te piti piti vin abitye ak divès kalite chanèl ion ki genyen 1 dimansyon (1D), 2 dimansyon kouch iyon entèkalasyon (2D), ak estrikti rezo transmisyon ion 3 dimansyon.
Rechèch ki pi popilè Pwofesè John B. Goodenough sou LiCoO_2 (LCO) te fèt tou nan moman sa a. An 1979, Goodenougd et al. yo te enspire pa yon atik sou estrikti NaCoO_2 an 1973 epi dekouvri LCO epi pibliye yon atik patant. LCO gen yon estrikti entèkalasyon kouch ki sanble ak disulfid metal tranzisyon, nan ki iyon ityòm yo ka revèsibman mete ak ekstrè. Si iyon yo ityòm yo konplètman ekstrè, yo pral fòme yon estrikti fèmen nan CoO_2, epi li ka re-insert ak iyon ityòm pou ityòm (Natirèlman, yon batri aktyèl pa pral pèmèt iyon yo ityòm yo dwe ekstrè antyèman, ki pral lakòz kapasite a pouri byen vit). An 1986, Akira Yoshino, ki te toujou ap travay nan Asahi Kasei Corporation nan Japon, konbine twa nan LCO, coke, ak LiClO_4 PC solisyon pou premye fwa, vin tounen premye modèn ityòm-ion segondè batri a ak vin aktyèl ityòm Piston an nan batri a. Sony byen vit remake "bon ase" patant LCO granmoun aje a epi li jwenn otorizasyon pou itilize li. An 1991, li te komèsyalize batri ityòm-ion LCO. Konsèp la nan batri ityòm-ion parèt tou nan moman sa a, ak lide li yo tou kontinye nan jounen jodi a. (Li vo anyen ke premye jenerasyon batri ityòm-ion Sony ak Akira Yoshino tou itilize kabòn difisil kòm elektwòd negatif olye pou yo grafit, ak rezon ki fè yo se ke PC ki anwo a gen entèrkalasyon nan grafit)
Elektwòd pozitif: 6C+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x C_6
Elektwòd negatif: LiCoO_2→〖Li〗_(1-x) CoO_2+x〖Li〗^++xe^-
Nan lòt men an, an 1978, Armand, M. te pwopoze pou sèvi ak polyethylene glycol (PEO) kòm yon elektwolit solid polymère pou rezoud pwoblèm ki pi wo a ke anod grafit la fasil entegre nan molekil PC sòlvan (elektwolit endikap nan moman sa a toujou). itilize PC, DEC solisyon melanje), ki mete grafit nan sistèm batri ityòm la pou premye fwa, epi pwopoze konsèp nan batri dodine-chèz (dodin-chèz) nan ane annapre a. Konsèp sa a te kontinye jiska prezan. Aktyèl sistèm elektwolit endikap yo, tankou ED/DEC, EC/DMC, elatriye, sèlman tou dousman parèt nan ane 1990 yo epi yo te nan itilize depi tout tan.
Pandan menm peryòd la, syantis yo te eksplore tou yon seri pil: Li‖Nb〖Se〗_3 ┤ pil, Li‖V〖SE〗_2 ┤ pil, Li‖〖Ag〗_2 V_4 ┤ O_11 pil, Li‖CuO,┤pil Li ‖I_2 ┤Pil, elatriye, paske yo gen mwens valè kounye a, epi pa gen anpil kalite rechèch pou mwen pa prezante yo an detay.
- Li-ion batri etap
Epòk devlopman batri ityòm-ion apre 1991 se epòk nou ye kounye a. Isit la mwen pa pral rezime pwosesis devlopman an detay men yon ti tan prezante sistèm chimik kèk pil ityòm-ion.
Yon entwodiksyon nan sistèm aktyèl batri ityòm-ion, isit la se pwochen pati a.
