Is cineál ceallraí in-athluchtaithe é ceallraí litiam-ian nó ceallraí Li-ian (giorraithe mar LIB).Úsáidtear cadhnraí litiam-ian go coitianta le haghaidh leictreonaic iniompartha agus feithiclí leictreacha agus tá méadú ag teacht ar an éileamh atá orthu le haghaidh feidhmeanna míleata agus aeraspáis.D'fhorbair Akira Yoshino ceallra Li-ian fréamhshamhail i 1985, bunaithe ar thaighde níos luaithe le John Goodenough, M. Stanley Whittingham, Rachid Yazami agus Koichi Mizushima sna 1970í-1980idí, agus ansin d'fhorbair ceallraí Li-ian tráchtála ag a. Foireann Sony agus Asahi Kasei faoi stiúir Yoshio Nishi i 1991. In 2019, tugadh Duais Nobel sa Cheimic do Yoshino, Goodenough, agus Whittingham “chun cadhnraí ian litiam a fhorbairt”.

Sna cadhnraí, bogann hiain litiam ón leictreoid dhiúltach trí leictrilít go dtí an leictreoid dhearfach le linn urscaoilte, agus ar ais nuair a bhíonn siad á muirearú.Úsáideann cadhnraí Li-ian cumaisc litiam intercalated mar an t-ábhar ag an leictreoid dhearfach agus go hiondúil graifít ag an leictreoid diúltach.Tá dlús ardfhuinnimh ag na cadhnraí, gan aon éifeacht chuimhne (seachas cealla LFP) agus féin-urscaoileadh íseal.Féadfaidh siad a bheith ina nguais sábháilteachta, áfach, ós rud é go bhfuil leictrilítí inadhainte iontu, agus má dhéantar damáiste dóibh nó má dhéantar iad a luchtú go mícheart d’fhéadfadh pléascanna agus tinte a bheith mar thoradh orthu.Cuireadh iallach ar Samsung sásanna láimhe Réaltra Nóta 7 a thabhairt chun cuimhne tar éis tinte litiam-ian, agus tharla roinnt teagmhais a bhain le cadhnraí ar Boeing 787s.

Athraíonn tréithe ceimice, feidhmíochta, costais agus sábháilteachta na cineálacha LIB.Úsáideann leictreonaic ríomhaire boise cadhnraí polaiméire litiam den chuid is mó (le glóthach polaiméire mar leictrilít) le ocsaíd cóbalt litiam (LiCoO2) mar ábhar catóide, a thairgeann dlús ardfhuinnimh, ach cuireann sé rioscaí sábháilteachta i láthair, go háirithe nuair a dhéantar damáiste dóibh.Tairgeann fosfáit iarainn litiam (LiFePO4), ocsaíd mangainéise litiam (LiMn2O4, Li2MnO3, nó LMO), agus ocsaíd cóbalt nicil-mangainéise litiam (LiNiMnCoO2 nó NMC) dlús fuinnimh níos ísle ach saol níos faide agus níos lú dóchúlachta go dtarlóidh tine nó pléascadh.Úsáidtear cadhnraí den sórt sin go forleathan le haghaidh uirlisí leictreacha, trealamh leighis, agus róil eile.Úsáidtear NMC agus a díorthaigh go forleathan i bhfeithiclí leictreacha.

I measc na réimsí taighde do chadhnraí litiam-ian tá saolré a leathnú, dlús fuinnimh a mhéadú, sábháilteacht a fheabhsú, costas a laghdú, agus luas muirir a mhéadú, i measc daoine eile.Tá taighde ar bun i réimse na leictrilítí neamh-inadhainte mar bhealach chuig sábháilteacht mhéadaithe bunaithe ar inadhainteacht agus luaineacht na dtuaslagóirí orgánacha a úsáidtear sa leictrilít tipiciúil.I measc na straitéisí tá cadhnraí litiam-ian uiscí, leictrilítí soladacha ceirmeacha, leictrilítí polaiméire, leachtanna ianach, agus córais fluairínithe go mór.

Ceallraí i gcoinne cill

Is aonad bunúsach leictriceimiceach é cill ina bhfuil na leictreoidí, an deighilteoir, agus an leictrilít.

Is éard atá i bpacáiste ceallraí nó ceallraí ná bailiúchán cealla nó cóimeálacha cille, le tithíocht, naisc leictreacha, agus b'fhéidir leictreonaic le haghaidh rialaithe agus cosanta.

Leictreoidí anóid agus catóide
Maidir le cealla in-athluchtaithe, ainmníonn an téarma anóid (nó leictreoid dhiúltach) an leictreoid ina bhfuil ocsaídiú ar siúl le linn an timthrialla urscaoilte;is é an leictreoid eile an catóide (nó leictreoid dhearfach).Le linn an timthriall muirir, déantar an leictreoid dhearfach mar anóid agus déantar an leictreoid diúltach mar chatóid.Don chuid is mó de chealla litiam-ian, is é an leictreoid litiam-ocsaíd an leictreoid dhearfach;le haghaidh cealla litiam-ian titanate (LTO), is é an leictreoid litiam-ocsaíd an leictreoid diúltach.

Stair

Cúlra

Ceallraí litiam-ian Varta, Museum Autovision, Altlussheim, an Ghearmáin
Mhol poitigéir na Breataine cadhnraí litiam agus comh-fhaighteoir duais Nobel na ceimice 2019 M. Stanley Whittingham, atá anois in Ollscoil Binghamton, agus é ag obair do Exxon sna 1970idí.D’úsáid Whittingham suilfíd tíotáiniam(IV) agus miotal litiam mar leictreoidí.Mar sin féin, ní fhéadfaí an ceallraí litiam rechargeable seo a dhéanamh praiticiúil riamh.Ba dhroch-rogha a bhí sa díshuilfíd tíotáiniam, mar ní mór é a shintéisiú faoi choinníollacha atá séalaithe go hiomlán, agus é costasach go leor freisin (~$1,000 in aghaidh an chileagraim d'amhábhar déshulfíde tíotáiniam sna 1970idí).Nuair a nochtar don aer, imoibríonn disulfíde tíotáiniam chun comhdhúile suilfíd hidrigine a fhoirmiú, a bhfuil boladh mí-thaitneamhach acu agus atá tocsaineach don chuid is mó d'ainmhithe.Ar an gcúis seo, agus ar chúiseanna eile, chuir Exxon deireadh le forbairt cheallraí déshilfíde litiam-tíotáiniam Whittingham.[28]Chuir cadhnraí le leictreoidí litiam miotail saincheisteanna sábháilteachta i láthair, mar a imoibríonn miotail litiam le huisce, ag scaoileadh gás hidrigine inadhainte.Mar thoradh air sin, bhog taighde chun cadhnraí a fhorbairt ina bhfuil, in ionad litiam miotalach, ach comhdhúile litiam i láthair, a bheith in ann glacadh le hiain litiam agus iad a scaoileadh.

D'aimsigh JO Besenhard ag TU München idircalú inchúlaithe i ngraifít agus idircalú isteach in ocsaídí cathodacha le linn 1974-76.Mhol Besenhard é a chur i bhfeidhm i gcealla litiam.Ba mhíbhuntáistí móra do shaolré na ceallraí iad dianscaoileadh leictrilít agus comh-idirmhalartú tuaslagóirí isteach i ngraifít.

Forbairt

1973 - Mhol Adam Heller an ceallraí clóiríd litiam-thionyl, atá fós in úsáid i bhfeistí leighis ionchlannaithe agus i gcórais chosanta ina bhfuil seilfré níos mó ná 20 bliain, dlús ardfhuinnimh, agus/nó lamháltas le haghaidh teochtaí oibriúcháin foircneacha.
1977 - Léirigh Samar Basu idirghá leictriceimiceach litiam i graifít ag Ollscoil Pennsylvania.Mar thoradh air seo, forbraíodh leictreoid graifíte idirghaolaithe litiam inoibrithe ag Bell Labs (LiC6) chun rogha eile a sholáthar don cheallraí leictreoid miotail litiam.
1979 - Ag obair i ngrúpaí ar leith, léirigh Ned A. Godshall et al., agus, go gairid ina dhiaidh sin, John B. Goodenough (Ollscoil Oxford) agus Koichi Mizushima (Ollscoil Tóiceo), cill litiam in-athluchtaithe le voltas sa raon 4 V ag baint úsáide as litiam dé-ocsaíd chóbalt (LiCoO2) mar an leictreoid dhearfach agus miotail litiam mar an leictreoid diúltach.Chuir an nuálaíocht seo an t-ábhar leictreoid dhearfach ar fáil a chuir ar chumas cadhnraí litiam tráchtála go luath.Is ábhar leictreoid dhearfach cobhsaí é LiCoO2 a fheidhmíonn mar dheontóir ions litiam, rud a chiallaíonn gur féidir é a úsáid le hábhar leictreoid diúltach seachas miotail litiam.Trí úsáid a bhaint as ábhair leictreoid diúltacha cobhsaí agus éasca le láimhseáil a chumasú, chuir LiCoO2 ar chumas córais ceallraí in-athluchtaithe núíosacha.Godshall et al.aithníodh freisin luach comhchosúil na n-ocsaídí miotail-aistrithe litiam-aistrithe cumaisc thrínártha, mar shampla an spinel LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, agus LiFe5O4 (agus ábhair catóide litiam-copair-ocsaíd níos déanaí agus litiam-nicil-ocsaíd i 1985)
1980 - Léirigh Rachid Yazami an t-idirmhalartú leictriceimiceach inchúlaithe de litiam i graifít, agus cheap sé an leictreoid graifít litiam (anóid).Dhianscaoilfeadh na leictrilítí orgánacha a bhí ar fáil ag an am le linn luchtaithe le leictreoid dhiúltach graifít.D’úsáid Yazami leictrilít soladach chun a léiriú go bhféadfaí litiam a idirmhalartú i ngraifít trí mheicníocht leictriceimiceach.Mar 2011, ba é leictreoid grafite Yazami an leictreoid is coitianta a úsáidtear i gcadhnraí litiam-ian tráchtála.
Tá bunús leis an leictreoid diúltach i PAS (ábhar leathsheoltacha ilaicéineach) a d’aimsigh Tokio Yamabe agus níos déanaí ag Shjzukuni Yata go luath sna 1980idí.Ba é síol na teicneolaíochta seo ná teacht ar pholaiméirí seoltacha ag an Ollamh Hideki Shirakawa agus a ghrúpa, agus d'fhéadfaí a fheiceáil freisin gur thosaigh sé ón gceallraí ian litiam polai-aicéitiléine a d'fhorbair Alan MacDiarmid agus Alan J. Heeger et al.
1982 - Godshall et al.bronnadh Paitinn SAM 4,340,652 orthu as úsáid LiCoO2 mar chatóidí i gcadhnraí litiam, bunaithe ar Ph.D.tráchtas agus foilseacháin 1979.
1983 – D’fhorbair Michael M. Thackeray, Peter Bruce, William David, agus John Goodenough spinel mangainéise mar ábhar catóide luchtaithe a bhain le hábhar tráchtála do chadhnraí litiam-ian.
1985 - Chruinnigh Akira Yoshino cill fhréamhshamhail ag baint úsáide as ábhar carbónúil ina bhféadfaí iain litiam a chur isteach mar leictreoid amháin, agus ocsaíd cóbalt litiam (LiCoO2) mar an ceann eile.Chuir sé seo feabhas mór ar shábháilteacht.Chuir LiCoO2 ar chumas táirgeadh ar scála tionsclaíoch agus chuir sé ar chumas ceallraí litiam-ian tráchtála.
1989 - D'aimsigh Arumugam Manthiram agus John B. Goodenough an rang polyanion de chatóidí.Thaispeáin siad go dtáirgeann leictreoidí dearfacha ina bhfuil polyanion, m.sh., sulfáití, voltais níos airde ná ocsaídí mar gheall ar éifeacht ionduchtach an pholaiéin.Tá ábhair cosúil le fosfáit iarainn litiam sa rang polyanion seo.

< le leanúint ar aghaidh…>