லித்தியம்-அயன் பேட்டரி அல்லது லி-அயன் பேட்டரி (எல்ஐபி என சுருக்கமாக) என்பது ஒரு வகையான ரிச்சார்ஜபிள் பேட்டரி ஆகும்.லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் பொதுவாக கையடக்க எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் மின்சார வாகனங்களுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, மேலும் அவை இராணுவ மற்றும் விண்வெளி பயன்பாடுகளுக்கு பிரபலமடைந்து வருகின்றன.1970கள்-1980களில் ஜான் குட்எனஃப், எம். ஸ்டான்லி விட்டிங்ஹாம், ராச்சிட் யாசாமி மற்றும் கொய்ச்சி மிசுஷிமா ஆகியோரின் முந்தைய ஆராய்ச்சியின் அடிப்படையில், 1985 ஆம் ஆண்டில் அகிரா யோஷினோவால் ஒரு முன்மாதிரி லி-அயன் பேட்டரி உருவாக்கப்பட்டது, பின்னர் ஒரு வணிக ரீதியான லி-அயன் பேட்டரி உருவாக்கப்பட்டது 1991 இல் யோஷியோ நிஷி தலைமையிலான சோனி மற்றும் அசாஹி கசே குழு. 2019 ஆம் ஆண்டில், வேதியியலுக்கான நோபல் பரிசு யோஷினோ, குட்னஃப் மற்றும் விட்டிங்ஹாம் ஆகியோருக்கு "லித்தியம் அயன் பேட்டரிகளின் வளர்ச்சிக்காக" வழங்கப்பட்டது.

பேட்டரிகளில், லித்தியம் அயனிகள் எதிர்மறை மின்முனையிலிருந்து எலக்ட்ரோலைட் வழியாக வெளியேற்றத்தின் போது நேர்மறை மின்முனைக்கு நகர்கின்றன, மேலும் சார்ஜ் செய்யும் போது பின்னால் செல்கின்றன.லி-அயன் பேட்டரிகள் நேர்மின்முனையில் உள்ள பொருளாகவும், எதிர்மறை மின்முனையில் பொதுவாக கிராஃபைட்டாகவும் ஒரு இடைப்பட்ட லித்தியம் கலவையைப் பயன்படுத்துகின்றன.பேட்டரிகள் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி, நினைவக விளைவு இல்லை (எல்எஃப்பி செல்கள் தவிர) மற்றும் குறைந்த சுய-வெளியேற்றம்.இருப்பினும் அவை எரியக்கூடிய எலக்ட்ரோலைட்டுகளைக் கொண்டிருப்பதால் அவை பாதுகாப்பு ஆபத்தாக இருக்கலாம், மேலும் சேதமடைந்தாலோ அல்லது தவறாக சார்ஜ் செய்யப்பட்டாலோ வெடிப்புகள் மற்றும் தீ விபத்துகளுக்கு வழிவகுக்கும்.லித்தியம்-அயன் தீயை தொடர்ந்து சாம்சங் கேலக்ஸி நோட் 7 கைபேசிகளை திரும்ப அழைக்க வேண்டிய கட்டாயம் ஏற்பட்டது, மேலும் போயிங் 787 களில் பேட்டரிகள் சம்பந்தப்பட்ட பல சம்பவங்கள் உள்ளன.

வேதியியல், செயல்திறன், செலவு மற்றும் பாதுகாப்பு பண்புகள் LIB வகைகளில் வேறுபடுகின்றன.கையடக்க எலக்ட்ரானிக்ஸ் பெரும்பாலும் லித்தியம் பாலிமர் பேட்டரிகளை (எலக்ட்ரோலைட்டாக பாலிமர் ஜெல்லுடன்) லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு (LiCoO2) உடன் கேத்தோடு பொருளாகப் பயன்படுத்துகிறது, இது அதிக ஆற்றல் அடர்த்தியை வழங்குகிறது, ஆனால் பாதுகாப்பு அபாயங்களை அளிக்கிறது, குறிப்பாக சேதமடையும் போது.லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் (LiFePO4), லித்தியம் மாங்கனீசு ஆக்சைடு (LiMn2O4, Li2MnO3, அல்லது LMO), மற்றும் லித்தியம் நிக்கல் மாங்கனீஸ் கோபால்ட் ஆக்சைடு (LiNiMnCoO2 அல்லது NMC) ஆகியவை குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தியை வழங்குகின்றன, ஆனால் நீண்ட ஆயுளை வழங்குகின்றன மற்றும் தீ அல்லது வெடிப்புக்கான வாய்ப்புகள் குறைவு.இத்தகைய பேட்டரிகள் மின்சார கருவிகள், மருத்துவ உபகரணங்கள் மற்றும் பிற பாத்திரங்களுக்கு பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.என்எம்சி மற்றும் அதன் வழித்தோன்றல்கள் மின்சார வாகனங்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளுக்கான ஆராய்ச்சிப் பகுதிகளில் ஆயுட்காலம் நீட்டித்தல், ஆற்றல் அடர்த்தியை அதிகரிப்பது, பாதுகாப்பை மேம்படுத்துதல், செலவைக் குறைத்தல் மற்றும் சார்ஜிங் வேகத்தை அதிகரிப்பது போன்றவை அடங்கும்.வழக்கமான எலக்ட்ரோலைட்டில் பயன்படுத்தப்படும் கரிம கரைப்பான்களின் எரியக்கூடிய தன்மை மற்றும் நிலையற்ற தன்மை ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் பாதுகாப்பை அதிகரிப்பதற்கான பாதையாக எரியக்கூடிய எலக்ட்ரோலைட்டுகளின் பகுதியில் ஆராய்ச்சி நடந்து வருகிறது.உத்திகளில் அக்வஸ் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள், பீங்கான் திட எலக்ட்ரோலைட்டுகள், பாலிமர் எலக்ட்ரோலைட்டுகள், அயனி திரவங்கள் மற்றும் அதிக ஃவுளூரைனேற்றப்பட்ட அமைப்புகள் ஆகியவை அடங்கும்.

பேட்டரி எதிராக செல்

ஒரு செல் என்பது மின்முனைகள், பிரிப்பான் மற்றும் எலக்ட்ரோலைட் ஆகியவற்றைக் கொண்ட ஒரு அடிப்படை மின்வேதியியல் அலகு ஆகும்.

பேட்டரி அல்லது பேட்டரி பேக் என்பது செல்கள் அல்லது செல் அசெம்பிளிகள், வீட்டுவசதி, மின் இணைப்புகள் மற்றும் கட்டுப்பாடு மற்றும் பாதுகாப்பிற்கான எலக்ட்ரானிக்ஸ் ஆகியவற்றின் தொகுப்பாகும்.

அனோட் மற்றும் கேத்தோடு மின்முனைகள்
ரிச்சார்ஜபிள் செல்களுக்கு, அனோட் (அல்லது எதிர்மறை மின்முனை) என்பது வெளியேற்ற சுழற்சியின் போது ஆக்சிஜனேற்றம் நடைபெறும் மின்முனையைக் குறிக்கிறது;மற்ற மின்முனையானது கேத்தோடு (அல்லது நேர்மறை மின்முனை) ஆகும்.சார்ஜ் சுழற்சியின் போது, ​​நேர்மறை மின்முனையானது நேர்மின்முனையாகவும், எதிர்மறை மின்முனையானது கேத்தோடாகவும் மாறும்.பெரும்பாலான லித்தியம்-அயன் செல்களுக்கு, லித்தியம்-ஆக்சைடு மின்முனை நேர்மறை மின்முனையாகும்;டைட்டனேட் லித்தியம்-அயன் செல்களுக்கு (LTO), லித்தியம்-ஆக்சைடு மின்முனையானது எதிர்மறை மின்முனையாகும்.

வரலாறு

பின்னணி

வர்தா லித்தியம்-அயன் பேட்டரி, மியூசியம் ஆட்டோவிஷன், அல்ட்லுஸ்ஷெய்ம், ஜெர்மனி
லித்தியம் பேட்டரிகள் பிரிட்டிஷ் வேதியியலாளரும், வேதியியலுக்கான 2019 நோபல் பரிசு பெற்றவருமான எம். ஸ்டான்லி விட்டிங்ஹாம் என்பவரால் முன்மொழியப்பட்டது, இப்போது பிங்காம்டன் பல்கலைக்கழகத்தில், 1970களில் எக்ஸானில் பணிபுரிந்தார்.விட்டிங்ஹாம் டைட்டானியம்(IV) சல்பைடு மற்றும் லித்தியம் உலோகத்தை மின்முனைகளாகப் பயன்படுத்தினார்.இருப்பினும், இந்த ரிச்சார்ஜபிள் லித்தியம் பேட்டரியை ஒருபோதும் நடைமுறைப்படுத்த முடியாது.டைட்டானியம் டைசல்பைடு ஒரு மோசமான தேர்வாக இருந்தது, ஏனெனில் இது முற்றிலும் சீல் செய்யப்பட்ட நிலையில் ஒருங்கிணைக்கப்பட வேண்டும், மேலும் இது மிகவும் விலை உயர்ந்தது (1970களில் டைட்டானியம் டைசல்பைடு மூலப்பொருளுக்கு ஒரு கிலோவிற்கு ~$1,000).காற்றில் வெளிப்படும் போது, ​​டைட்டானியம் டைசல்பைடு ஹைட்ரஜன் சல்பைடு சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது, இது விரும்பத்தகாத வாசனையைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் பெரும்பாலான விலங்குகளுக்கு நச்சுத்தன்மையுடையது.இதற்காகவும் மற்றும் பிற காரணங்களுக்காகவும், எக்ஸான் விட்டிங்ஹாமின் லித்தியம்-டைட்டானியம் டைசல்பைட் பேட்டரியின் வளர்ச்சியை நிறுத்தியது.[28]லித்தியம் உலோகம் தண்ணீருடன் வினைபுரிந்து, எரியக்கூடிய ஹைட்ரஜன் வாயுவை வெளியிடுவதால், உலோக லித்தியம் மின்முனைகள் கொண்ட பேட்டரிகள் பாதுகாப்பு சிக்கல்களை முன்வைத்தன.இதன் விளைவாக, லித்தியம் அயனிகளை ஏற்றுக்கொள்ளும் மற்றும் வெளியிடும் திறன் கொண்ட உலோக லித்தியத்திற்கு பதிலாக லித்தியம் கலவைகள் மட்டுமே இருக்கும் பேட்டரிகளை உருவாக்க ஆராய்ச்சி நகர்ந்தது.

1974-76 ஆம் ஆண்டு TU முனிச்சில் JO பெசன்ஹார்ட் என்பவரால் கிராஃபைட்டில் மீளக்கூடிய இடைக்கணிப்பு மற்றும் கத்தோடிக் ஆக்சைடுகளில் இடைக்கணிப்பு கண்டுபிடிக்கப்பட்டது.பெசன்ஹார்ட் லித்தியம் கலங்களில் அதன் பயன்பாட்டை முன்மொழிந்தார்.எலக்ட்ரோலைட் சிதைவு மற்றும் கிராஃபைட்டில் கரைப்பான் இணை இடைக்கணிப்பு ஆகியவை பேட்டரி ஆயுளுக்கு கடுமையான ஆரம்ப குறைபாடுகளாக இருந்தன.

வளர்ச்சி

1973 - ஆடம் ஹெல்லர் லித்தியம் தியோனைல் குளோரைடு பேட்டரியை முன்மொழிந்தார், இது இன்னும் பொருத்தப்பட்ட மருத்துவ சாதனங்களிலும் பாதுகாப்பு அமைப்புகளிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது, அங்கு 20 ஆண்டுகளுக்கும் மேலான அடுக்கு வாழ்க்கை, அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி மற்றும்/அல்லது தீவிர இயக்க வெப்பநிலைகளுக்கு சகிப்புத்தன்மை தேவைப்படுகிறது.
1977 - சமர் பாசு பென்சில்வேனியா பல்கலைக்கழகத்தில் கிராஃபைட்டில் லித்தியத்தின் மின் வேதியியல் இடைக்கணிப்பைக் காட்டினார்.இது லித்தியம் மெட்டல் எலக்ட்ரோடு பேட்டரிக்கு மாற்றாக பெல் லேப்ஸில் (LiC6) வேலை செய்யக்கூடிய லித்தியம் இன்டர்கேலேட்டட் கிராஃபைட் மின்முனையை உருவாக்க வழிவகுத்தது.
1979 – தனித்தனி குழுக்களில் பணிபுரிந்தனர், நெட் ஏ. காட்ஷால் மற்றும் பலர், மற்றும், அதன்பிறகு, ஜான் பி. குட்எனஃப் (ஆக்ஸ்போர்டு பல்கலைக்கழகம்) மற்றும் கொய்ச்சி மிசுஷிமா (டோக்கியோ பல்கலைக்கழகம்), லித்தியத்தைப் பயன்படுத்தி 4 V வரம்பில் மின்னழுத்தத்துடன் கூடிய ரிச்சார்ஜபிள் லித்தியம் கலத்தை நிரூபித்தார்கள். கோபால்ட் டை ஆக்சைடு (LiCoO2) நேர்மறை மின்முனையாகவும், லித்தியம் உலோகம் எதிர்மறை மின்முனையாகவும் உள்ளது.இந்த கண்டுபிடிப்பு நேர்மறை மின்முனை பொருளை வழங்கியது, இது ஆரம்பகால வணிக லித்தியம் பேட்டரிகளை செயல்படுத்தியது.LiCoO2 என்பது ஒரு நிலையான நேர்மறை மின்முனைப் பொருளாகும், இது லித்தியம் அயனிகளின் நன்கொடையாக செயல்படுகிறது, அதாவது இது லித்தியம் உலோகத்தைத் தவிர எதிர்மறை மின்முனைப் பொருளுடன் பயன்படுத்தப்படலாம்.நிலையான மற்றும் எளிதில் கையாளக்கூடிய எதிர்மறை மின்முனைப் பொருட்களின் பயன்பாட்டை இயக்குவதன் மூலம், LiCoO2 புதுமையான ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய பேட்டரி அமைப்புகளை செயல்படுத்தியது.காட்ஷல் மற்றும் பலர்.ஸ்பைனல் LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, மற்றும் LiFe5O4 (பின்னர் 198 இல் லித்தியம்-தாமிரம்-ஆக்சைடு மற்றும் லித்தியம்-நிக்கல்-ஆக்சைடு கேதோட் பொருட்கள்) போன்ற மும்மடங்கு கலவை லித்தியம்-மாற்ற உலோக-ஆக்சைடுகளின் ஒத்த மதிப்பை மேலும் அடையாளம் கண்டுள்ளது.
1980 - ராச்சிட் யாசாமி கிராஃபைட்டில் லித்தியத்தின் மீளக்கூடிய மின்வேதியியல் இடைச்சேர்க்கையை நிரூபித்தார், மேலும் லித்தியம் கிராஃபைட் மின்முனையை (அனோட்) கண்டுபிடித்தார்.அந்த நேரத்தில் கிடைக்கும் கரிம எலக்ட்ரோலைட்டுகள் கிராஃபைட் எதிர்மறை மின்முனையுடன் சார்ஜ் செய்யும் போது சிதைந்துவிடும்.ஒரு மின்வேதியியல் பொறிமுறையின் மூலம் லித்தியம் கிராஃபைட்டில் தலைகீழாக ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்படலாம் என்பதை நிரூபிக்க யாசாமி திடமான எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்தினார்.2011 ஆம் ஆண்டு நிலவரப்படி, வணிக லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளில் யாசாமியின் கிராஃபைட் மின்முனையானது பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் மின்முனையாகும்.
எதிர்மறை மின்முனையானது 1980 களின் முற்பகுதியில் டோக்கியோ யமாபே மற்றும் பின்னர் ஷ்ஜ்சுகுனி யாட்டாவால் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட பிஏஎஸ் (பாலிசெனிக் குறைக்கடத்தி பொருள்) இல் அதன் தோற்றத்தைக் கொண்டுள்ளது.இந்த தொழில்நுட்பத்தின் விதையானது பேராசிரியர் ஹிடேகி ஷிரகவா மற்றும் அவரது குழுவால் கடத்தும் பாலிமர்களைக் கண்டுபிடித்தது, மேலும் இது ஆலன் மெக்டியார்மிட் மற்றும் ஆலன் ஜே. ஹீகர் மற்றும் பலர் உருவாக்கிய பாலிஅசெட்டிலீன் லித்தியம் அயன் பேட்டரியில் இருந்து தொடங்கியதாகவும் பார்க்க முடியும்.
1982 - காட்ஷால் மற்றும் பலர்.காட்ஷாலின் ஸ்டான்போர்ட் பல்கலைக்கழக Ph.D அடிப்படையில் லித்தியம் பேட்டரிகளில் LiCoO2 கேத்தோட்களாகப் பயன்படுத்தியதற்காக US காப்புரிமை 4,340,652 வழங்கப்பட்டது.ஆய்வுக் கட்டுரை மற்றும் 1979 வெளியீடுகள்.
1983 - மைக்கேல் எம். தாக்கரே, பீட்டர் புரூஸ், வில்லியம் டேவிட் மற்றும் ஜான் குட்னஃப் ஆகியோர் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளுக்கு வணிகரீதியாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட கேத்தோடு பொருளாக மாங்கனீசு ஸ்பைனலை உருவாக்கினர்.
1985 - அகிரா யோஷினோ கார்பனேசியப் பொருளைப் பயன்படுத்தி ஒரு முன்மாதிரி கலத்தை இணைத்தார், அதில் லித்தியம் அயனிகள் ஒரு மின்முனையாகவும், லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு (LiCoO2) மற்றொன்றாகவும் செருகப்படலாம்.இது வியத்தகு முறையில் பாதுகாப்பை மேம்படுத்தியது.LiCoO2 தொழில்துறை அளவிலான உற்பத்தியை செயல்படுத்தியது மற்றும் வணிக லித்தியம்-அயன் பேட்டரியை செயல்படுத்தியது.
1989 – ஆறுமுகம் மந்திரம் மற்றும் ஜான் பி. குட்எனஃப் ஆகியோர் கேத்தோட்களின் பாலியனியன் வகுப்பைக் கண்டுபிடித்தனர்.பாலியானியனின் தூண்டல் விளைவின் காரணமாக பாலியானியன்களைக் கொண்ட நேர்மறை மின்முனைகள், எ.கா., சல்பேட்டுகள், ஆக்சைடுகளை விட அதிக மின்னழுத்தங்களை உருவாக்குகின்றன என்பதை அவர்கள் காட்டினர்.இந்த பாலியானியன் வகுப்பில் லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் போன்ற பொருட்கள் உள்ளன.

<தொடரும்...>