鉅大LARGE | 點擊量：206次 | 2023年10月07日
解讀鋰離子電池的發展史，沉思“未來電池”的創造
鋰離子技術已經改變了我們的通訊方式和便攜式設備的供電方式，今朝正推動著全球交通和能源供應的革命。德克薩斯大學奧斯丁分校的ArumugamManthiram發表的一篇新論文考察了這項技術的發展，從20世紀70年代的初步發現到今天研究“將來電池”的研究人員的考慮。
自從1976年科學家展示了第一款可充電鋰離子電池以來，這項技術已經證明了它在電子工業中改變世界的潛力。但即使在電動汽車中的使用和固定儲能記錄大量上升，克服的技術問題和世界各地的科學家們正在努力將新材料和推動電池的性能依然基于概念說明了科學家幾乎半個世紀前。
而回顧這些發展，有關了解將來的研究方向是很有價值的。ArumugamManthiram在德克薩斯大學奧斯汀分校擔任教授已有20年，他也曾與諾貝爾獎得主、科學家約翰·古德諾JohnGoodenough一起研究鋰離子技術。Manthiram在《自然通訊》上發表的一篇評論文章中，深入研究了鋰離子技術的歷史，并探討了影響當前新電池概念研究的問題。
Manthiram說：“隨著我們大規模部署鋰離子電池，成本和可繼續性變得至關緊要。此外，為了跟上便攜式電子設備的發展，并提高電動汽車的行駛范圍，人們希望將能量密度提高到現有水平之上。”
20世紀70年代，埃克森美孚公司的M.StanleyWhittingham首次演示了鋰金屬陽極和硫化鈦陰極的可充電電池，這為插入化學理解的最新進展供應了概念證明。這種電池由于低電壓和能量密度，以及鋰金屬陽極上的枝晶生長而受阻——這是一個科學家們至今仍在努力處理的問題。
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充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
下一個Manthiram關注的是JohnGoodenough團隊在20世紀80年代的工作，該團隊獲得了2019年諾貝爾化學獎。這涉及到氧化物陰極的設計，它準許在電池中新增電壓。Goodenough的小組還將氧化陰極分為三類（層狀、尖晶石和聚陰離子），至今仍是唯一實用的陰極類型，并作為將來發展的基礎。
最后，Goodenough的小組在20世紀80年代的進一步工作，由來訪研究員KoichiMizushima領導，首次展示了一種具有碳陽極和鋰鈷氧化物陰極的鋰離子電池。它代表了該技術第一次克服了安全和能量密度問題，并作為一種準備商業化的東西出現。
但隨著社會對電池的需求不斷新增，這些擔憂依然是鋰離子技術研究的核心。
Manthiram表示：“我們要通過新增陰極和陽極的電荷存儲容量，新增陰極的工作電壓來新增能量密度，或者理想情況下同時新增電荷存儲容量和工作電壓。為了實現這些目標，要開發新的或更好的電極材料和電解質。新的合成和解決辦法以及計算機建模可以幫助這些任務。”
Manthiram指出，在短時間內，他預計研究重點將放在含鎳較多、鈷較少或不含的層狀氧化物陰極上，并在石墨陽極中添加硅以新增能量密度。
在將來，會有大量的技術最終證明它們的價值。Manthiram說：“鋰離子電池將保持其在能源存儲方面的領先地位，特別是在運輸部門的電氣化方面。”
據小組分解，在將來鋰硫電池可以在降低成本的同時進一步提高能量密度。鈉離子電池可以加強可繼續性。最終，全固態電池可以進一步提高能量密度，提高安全性。
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