లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ లేదా లి-అయాన్ బ్యాటరీ (LIB అని సంక్షిప్తీకరించబడింది) అనేది ఒక రకమైన పునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీ.లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు సాధారణంగా పోర్టబుల్ ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల కోసం ఉపయోగించబడతాయి మరియు మిలిటరీ మరియు ఏరోస్పేస్ అప్లికేషన్‌లకు ప్రజాదరణ పెరుగుతోంది.1970-1980ల కాలంలో జాన్ గూడెనఫ్, M. స్టాన్లీ విట్టింగ్‌హామ్, రాచిడ్ యాజామి మరియు కోయిచి మిజుషిమా చేసిన మునుపటి పరిశోధనల ఆధారంగా, 1985లో అకిరా యోషినో ఒక ప్రోటోటైప్ Li-ion బ్యాటరీని అభివృద్ధి చేశారు, ఆపై ఒక వాణిజ్య Li-ion బ్యాటరీని అభివృద్ధి చేశారు. 1991లో యోషియో నిషి నేతృత్వంలోని సోనీ మరియు అసహి కసీ బృందం. 2019లో రసాయన శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతిని యోషినో, గుడ్‌నఫ్ మరియు విటింగ్‌హామ్‌లకు "లిథియం అయాన్ బ్యాటరీల అభివృద్ధి కోసం" అందించారు.

బ్యాటరీలలో, లిథియం అయాన్లు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ నుండి ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా ఉత్సర్గ సమయంలో సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్‌కు మరియు ఛార్జింగ్ సమయంలో వెనుకకు కదులుతాయి.లి-అయాన్ బ్యాటరీలు ధనాత్మక ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద పదార్థంగా మరియు సాధారణంగా ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద గ్రాఫైట్‌గా ఇంటర్‌కలేటెడ్ లిథియం సమ్మేళనాన్ని ఉపయోగిస్తాయి.బ్యాటరీలు అధిక శక్తి సాంద్రత, మెమరీ ప్రభావం (LFP కణాలు కాకుండా) మరియు తక్కువ స్వీయ-ఉత్సర్గ కలిగి ఉంటాయి.అయితే అవి మండే ఎలక్ట్రోలైట్‌లను కలిగి ఉన్నందున అవి సురక్షిత ప్రమాదకరం, మరియు పాడైపోయినా లేదా తప్పుగా ఛార్జ్ చేసినా పేలుళ్లు మరియు మంటలకు దారితీయవచ్చు.లిథియం-అయాన్ మంటల కారణంగా శామ్సంగ్ గెలాక్సీ నోట్ 7 హ్యాండ్‌సెట్‌లను రీకాల్ చేయవలసి వచ్చింది మరియు బోయింగ్ 787లలో బ్యాటరీలకు సంబంధించిన అనేక సంఘటనలు జరిగాయి.

LIB రకాల్లో కెమిస్ట్రీ, పనితీరు, ఖర్చు మరియు భద్రతా లక్షణాలు మారుతూ ఉంటాయి.హ్యాండ్‌హెల్డ్ ఎలక్ట్రానిక్స్ ఎక్కువగా లిథియం పాలిమర్ బ్యాటరీలను (పాలిమర్ జెల్‌ను ఎలక్ట్రోలైట్‌గా కలిగి ఉంటుంది) లిథియం కోబాల్ట్ ఆక్సైడ్ (LiCoO2)తో కాథోడ్ మెటీరియల్‌గా ఉపయోగిస్తుంది, ఇది అధిక శక్తి సాంద్రతను అందిస్తుంది, అయితే భద్రతా ప్రమాదాలను అందిస్తుంది, ముఖ్యంగా దెబ్బతిన్నప్పుడు.లిథియం ఐరన్ ఫాస్ఫేట్ (LiFePO4), లిథియం మాంగనీస్ ఆక్సైడ్ (LiMn2O4, Li2MnO3, లేదా LMO), మరియు లిథియం నికెల్ మాంగనీస్ కోబాల్ట్ ఆక్సైడ్ (LiNiMnCoO2 లేదా NMC) తక్కువ శక్తి సాంద్రతను అందిస్తాయి, అయితే ఎక్కువ కాలం జీవించగలవు మరియు అగ్ని లేదా పేలుడు సంభావ్యత తక్కువగా ఉంటుంది.ఇటువంటి బ్యాటరీలు విద్యుత్ ఉపకరణాలు, వైద్య పరికరాలు మరియు ఇతర పాత్రల కోసం విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి.NMC మరియు దాని ఉత్పన్నాలు ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి.

లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల పరిశోధనా రంగాలలో జీవితకాలాన్ని పొడిగించడం, శక్తి సాంద్రతను పెంచడం, భద్రతను మెరుగుపరచడం, ఖర్చును తగ్గించడం మరియు ఛార్జింగ్ వేగాన్ని పెంచడం వంటివి ఉన్నాయి.సాధారణ ఎలక్ట్రోలైట్‌లో ఉపయోగించే సేంద్రీయ ద్రావకాల యొక్క మంట మరియు అస్థిరత ఆధారంగా భద్రతను పెంచే మార్గంగా మంటలేని ఎలక్ట్రోలైట్‌ల ప్రాంతంలో పరిశోధనలు జరుగుతున్నాయి.వ్యూహాలలో సజల లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు, సిరామిక్ ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లు, పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు, అయానిక్ ద్రవాలు మరియు భారీగా ఫ్లోరినేటెడ్ సిస్టమ్‌లు ఉన్నాయి.

బ్యాటరీ వర్సెస్ సెల్

సెల్ అనేది ఎలక్ట్రోడ్లు, సెపరేటర్ మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌లను కలిగి ఉండే ప్రాథమిక ఎలక్ట్రోకెమికల్ యూనిట్.

బ్యాటరీ లేదా బ్యాటరీ ప్యాక్ అనేది సెల్స్ లేదా సెల్ అసెంబ్లీల సమాహారం, గృహనిర్మాణం, విద్యుత్ కనెక్షన్‌లు మరియు నియంత్రణ మరియు రక్షణ కోసం బహుశా ఎలక్ట్రానిక్‌లు.

యానోడ్ మరియు కాథోడ్ ఎలక్ట్రోడ్లు
పునర్వినియోగపరచదగిన కణాల కోసం, యానోడ్ (లేదా ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్) అనే పదం ఉత్సర్గ చక్రంలో ఆక్సీకరణ జరుగుతున్న ఎలక్ట్రోడ్‌ను సూచిస్తుంది;ఇతర ఎలక్ట్రోడ్ కాథోడ్ (లేదా పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్).ఛార్జ్ చక్రంలో, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ యానోడ్ అవుతుంది మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ కాథోడ్ అవుతుంది.చాలా లిథియం-అయాన్ కణాలకు, లిథియం-ఆక్సైడ్ ఎలక్ట్రోడ్ సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్;టైటనేట్ లిథియం-అయాన్ కణాలకు (LTO), లిథియం-ఆక్సైడ్ ఎలక్ట్రోడ్ ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్.

చరిత్ర

నేపథ్య

Varta లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ, మ్యూజియం ఆటోవిజన్, Altlussheim, జర్మనీ
లిథియం బ్యాటరీలను బ్రిటీష్ రసాయన శాస్త్రవేత్త మరియు రసాయన శాస్త్రానికి 2019 నోబెల్ బహుమతి సహ-గ్రహీత M. స్టాన్లీ విట్టింగ్‌హామ్ ప్రతిపాదించారు, ప్రస్తుతం బింగ్‌హామ్‌టన్ విశ్వవిద్యాలయంలో ఉన్నారు, 1970లలో ఎక్సాన్‌లో పనిచేస్తున్నారు.విట్టింగ్‌హామ్ టైటానియం(IV) సల్ఫైడ్ మరియు లిథియం లోహాన్ని ఎలక్ట్రోడ్‌లుగా ఉపయోగించారు.అయితే, ఈ పునర్వినియోగపరచదగిన లిథియం బ్యాటరీని ఎప్పటికీ ఆచరణాత్మకంగా చేయలేము.టైటానియం డైసల్ఫైడ్ ఒక పేలవమైన ఎంపిక, ఎందుకంటే ఇది పూర్తిగా మూసివున్న పరిస్థితుల్లో సంశ్లేషణ చేయబడాలి, ఇది చాలా ఖరీదైనది (1970లలో టైటానియం డైసల్ఫైడ్ ముడి పదార్థానికి కిలోగ్రాముకు ~$1,000).గాలికి గురైనప్పుడు, టైటానియం డైసల్ఫైడ్ హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్ సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తుంది, ఇది అసహ్యకరమైన వాసనను కలిగి ఉంటుంది మరియు చాలా జంతువులకు విషపూరితం.దీని కారణంగా మరియు ఇతర కారణాల వల్ల, ఎక్సాన్ విట్టింగ్‌హామ్ యొక్క లిథియం-టైటానియం డైసల్ఫైడ్ బ్యాటరీ అభివృద్ధిని నిలిపివేసింది.[28]మెటాలిక్ లిథియం ఎలక్ట్రోడ్‌లతో కూడిన బ్యాటరీలు భద్రతా సమస్యలను అందించాయి, లిథియం మెటల్ నీటితో చర్య జరిపి, మండే హైడ్రోజన్ వాయువును విడుదల చేస్తుంది.పర్యవసానంగా, బ్యాటరీలను అభివృద్ధి చేయడానికి పరిశోధన తరలించబడింది, దీనిలో లోహ లిథియంకు బదులుగా, లిథియం సమ్మేళనాలు మాత్రమే ఉంటాయి, లిథియం అయాన్లను అంగీకరించి విడుదల చేయగల సామర్థ్యం కలిగి ఉంటాయి.

గ్రాఫైట్‌లో రివర్సిబుల్ ఇంటర్‌కలేషన్ మరియు క్యాథోడిక్ ఆక్సైడ్‌లుగా ఇంటర్‌కలేషన్‌ను TU మ్యూనిచ్‌లో JO బెసెన్‌హార్డ్ 1974-76 సమయంలో కనుగొన్నారు.బెసెన్‌హార్డ్ లిథియం కణాలలో దాని అప్లికేషన్‌ను ప్రతిపాదించాడు.ఎలక్ట్రోలైట్ కుళ్ళిపోవడం మరియు గ్రాఫైట్‌లోకి ద్రావకం కో-ఇంటర్కలేషన్ బ్యాటరీ జీవితానికి తీవ్రమైన ప్రారంభ లోపాలు.

అభివృద్ధి

1973 - ఆడమ్ హెల్లెర్ లిథియం థియోనిల్ క్లోరైడ్ బ్యాటరీని ప్రతిపాదించాడు, ఇది ఇప్పటికీ అమర్చిన వైద్య పరికరాలలో మరియు రక్షణ వ్యవస్థలలో 20 సంవత్సరాల కంటే ఎక్కువ షెల్ఫ్ జీవితం, అధిక శక్తి సాంద్రత మరియు/లేదా తీవ్రమైన ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రతల కోసం సహనం అవసరం.
1977 - సమర్ బసు పెన్సిల్వేనియా విశ్వవిద్యాలయంలో గ్రాఫైట్‌లో లిథియం యొక్క ఎలెక్ట్రోకెమికల్ ఇంటర్‌కలేషన్‌ను ప్రదర్శించారు.ఇది లిథియం మెటల్ ఎలక్ట్రోడ్ బ్యాటరీకి ప్రత్యామ్నాయాన్ని అందించడానికి బెల్ ల్యాబ్స్ (LiC6) వద్ద పని చేయగల లిథియం ఇంటర్‌కలేటెడ్ గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్‌ను అభివృద్ధి చేయడానికి దారితీసింది.
1979 – ప్రత్యేక సమూహాలలో పని చేస్తూ, నెడ్ ఎ. గాడ్‌షాల్ మరియు ఇతరులు, మరియు, కొంతకాలం తర్వాత, జాన్ బి. గూడెనఫ్ (ఆక్స్‌ఫర్డ్ విశ్వవిద్యాలయం) మరియు కోయిచి మిజుషిమా (టోక్యో విశ్వవిద్యాలయం), లిథియంను ఉపయోగించి 4 V పరిధిలో వోల్టేజ్‌తో పునర్వినియోగపరచదగిన లిథియం సెల్‌ను ప్రదర్శించారు. కోబాల్ట్ డయాక్సైడ్ (LiCoO2) సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్‌గా మరియు లిథియం మెటల్ ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌గా ఉంటుంది.ఈ ఆవిష్కరణ ప్రారంభ వాణిజ్య లిథియం బ్యాటరీలను ప్రారంభించే సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాన్ని అందించింది.LiCoO2 అనేది స్థిరమైన సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం, ఇది లిథియం అయాన్ల దాతగా పనిచేస్తుంది, అంటే ఇది లిథియం మెటల్ కాకుండా ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంతో ఉపయోగించబడుతుంది.స్థిరమైన మరియు సులభంగా నిర్వహించగల ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల వినియోగాన్ని ప్రారంభించడం ద్వారా, LiCoO2 నవల పునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీ వ్యవస్థలను ప్రారంభించింది.గాడ్‌షాల్ మరియు ఇతరులు.స్పినెల్ LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, మరియు LiFe5O4 (తర్వాత లిథియం-కాపర్-ఆక్సైడ్ మరియు లిథియం-నికెల్-ఆక్సైడ్ కాథోడ్ 198 మెటీరియల్స్) వంటి టెర్నరీ సమ్మేళనం లిథియం-ట్రాన్సిషన్ మెటల్-ఆక్సైడ్‌ల సారూప్య విలువను మరింత గుర్తించింది.
1980 - రాచిడ్ యాజామి గ్రాఫైట్‌లో లిథియం యొక్క రివర్సిబుల్ ఎలక్ట్రోకెమికల్ ఇంటర్‌కలేషన్‌ను ప్రదర్శించాడు మరియు లిథియం గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ (యానోడ్)ను కనుగొన్నాడు.గ్రాఫైట్ నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్‌తో ఛార్జింగ్ చేసేటప్పుడు ఆ సమయంలో అందుబాటులో ఉన్న ఆర్గానిక్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు కుళ్ళిపోతాయి.ఎలెక్ట్రోకెమికల్ మెకానిజం ద్వారా గ్రాఫైట్‌లో లిథియం రివర్సబుల్‌గా ఇంటర్‌కలేట్ చేయబడుతుందని నిరూపించడానికి యాజామి ఒక ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌ను ఉపయోగించాడు.2011 నాటికి, యజామి యొక్క గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ వాణిజ్య లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో సాధారణంగా ఉపయోగించే ఎలక్ట్రోడ్.
ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ దాని మూలాలను టోకియో యమాబే మరియు తరువాత 1980ల ప్రారంభంలో ష్జ్జుకుని యాటా కనుగొన్న PAS (పాలిసెనిక్ సెమీకండక్టివ్ మెటీరియల్)లో కలిగి ఉంది.ఈ సాంకేతికత యొక్క విత్తనం ప్రొఫెసర్ హిడెకి షిరాకావా మరియు అతని బృందంచే కండక్టివ్ పాలిమర్‌లను కనుగొనడం మరియు అలాన్ మాక్‌డైర్మిడ్ మరియు అలాన్ J. హీగర్ మరియు ఇతరులు అభివృద్ధి చేసిన పాలిఅసిటిలీన్ లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ నుండి ప్రారంభమైనట్లు కూడా చూడవచ్చు.
1982 - గాడ్‌షాల్ మరియు ఇతరులు.గాడ్‌షాల్ యొక్క స్టాన్‌ఫోర్డ్ విశ్వవిద్యాలయం Ph.D ఆధారంగా లిథియం బ్యాటరీలలో కాథోడ్‌లుగా LiCoO2ను ఉపయోగించినందుకు US పేటెంట్ 4,340,652 పొందారు.పరిశోధన మరియు 1979 ప్రచురణలు.
1983 - మైఖేల్ M. థాకరే, పీటర్ బ్రూస్, విలియం డేవిడ్ మరియు జాన్ గుడ్‌నఫ్ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం వాణిజ్యపరంగా సంబంధిత చార్జ్డ్ కాథోడ్ మెటీరియల్‌గా మాంగనీస్ స్పినెల్‌ను అభివృద్ధి చేశారు.
1985 - అకిరా యోషినో కార్బోనేషియస్ పదార్థాన్ని ఉపయోగించి ఒక ప్రోటోటైప్ సెల్‌ను సమీకరించాడు, దీనిలో లిథియం అయాన్‌లను ఒక ఎలక్ట్రోడ్‌గా మరియు లిథియం కోబాల్ట్ ఆక్సైడ్ (LiCoO2) మరొకటిగా చొప్పించవచ్చు.ఇది నాటకీయంగా భద్రతను మెరుగుపరిచింది.LiCoO2 పారిశ్రామిక-స్థాయి ఉత్పత్తిని ప్రారంభించింది మరియు వాణిజ్య లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీని ప్రారంభించింది.
1989 – ఆరుముగం మంతిరామ్ మరియు జాన్ బి. గూడెనఫ్ కాథోడ్‌ల పాలియాన్ తరగతిని కనుగొన్నారు.పాలియాన్ యొక్క ప్రేరక ప్రభావం కారణంగా పాలియాన్‌లను కలిగి ఉన్న సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్‌లు, ఉదా, సల్ఫేట్‌లు, ఆక్సైడ్‌ల కంటే అధిక వోల్టేజ్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తాయని వారు చూపించారు.ఈ పాలియాన్ క్లాస్‌లో లిథియం ఐరన్ ఫాస్ఫేట్ వంటి పదార్థాలు ఉంటాయి.

<కొనసాగించాలి...>