लिथियम-आयन ब्याट्री वा ली-आयन ब्याट्री (LIB को रूपमा संक्षिप्त) रिचार्जेबल ब्याट्री को एक प्रकार हो।लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू सामान्यतया पोर्टेबल इलेक्ट्रोनिक्स र इलेक्ट्रिक वाहनहरूको लागि प्रयोग गरिन्छ र सैन्य र एयरोस्पेस अनुप्रयोगहरूको लागि लोकप्रियतामा बढ्दै गएको छ।एक प्रोटोटाइप ली-आयन ब्याट्री 1985 मा अकिरा योशिनो द्वारा विकसित गरिएको थियो, जोन गुडइनफ, एम. स्टेनली व्हिटिङ्घम, रचिड याजामी र कोइची मिजुशिमा द्वारा 1970-1980 को दशकमा पहिलेको अनुसन्धानको आधारमा, र त्यसपछि एक व्यावसायिक ली-आयन ब्याट्री विकसित गरिएको थियो। सन् 1991 मा योशियो निशीको नेतृत्वमा सोनी र असाही कासेई टोली। 2019 मा, रसायनशास्त्रमा नोबेल पुरस्कार योशिनो, गुडइनफ र ह्वाइटिङहमलाई "लिथियम आयन ब्याट्रीहरूको विकासको लागि" दिइएको थियो।

ब्याट्रीहरूमा, लिथियम आयनहरू नकारात्मक इलेक्ट्रोडबाट इलेक्ट्रोलाइट मार्फत सकारात्मक इलेक्ट्रोडमा डिस्चार्ज हुँदा, र चार्ज गर्दा पछाडि सर्छ।ली-आयन ब्याट्रीहरूले सकारात्मक इलेक्ट्रोडमा सामग्रीको रूपमा इन्टरकलेटेड लिथियम कम्पाउन्ड र नकारात्मक इलेक्ट्रोडमा सामान्यतया ग्रेफाइट प्रयोग गर्दछ।ब्याट्रीहरूमा उच्च ऊर्जा घनत्व, कुनै मेमोरी प्रभाव (LFP सेलहरू बाहेक) र कम सेल्फ-डिस्चार्ज हुन्छ।यद्यपि तिनीहरू सुरक्षाको लागि खतरा हुन सक्छन् किनभने तिनीहरूमा ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइटहरू हुन्छन्, र यदि क्षतिग्रस्त वा गलत रूपमा चार्ज गरियो भने विस्फोट र आगो निम्त्याउन सक्छ।लिथियम-आयन आगो पछि सैमसंग ग्यालेक्सी नोट 7 ह्यान्डसेटहरू फिर्ता गर्न बाध्य भयो, र त्यहाँ बोइङ 787s मा ब्याट्री समावेश धेरै घटनाहरू छन्।

रसायन विज्ञान, प्रदर्शन, लागत र सुरक्षा विशेषताहरू LIB प्रकारहरूमा भिन्न हुन्छन्।ह्यान्डहेल्ड इलेक्ट्रोनिक्सले लिथियम कोबाल्ट अक्साइड (LiCoO2) सँग क्याथोड सामग्रीको रूपमा लिथियम पोलिमर ब्याट्रीहरू (इलेक्ट्रोलाइटको रूपमा पोलिमर जेलको साथ) प्रयोग गर्दछ, जसले उच्च ऊर्जा घनत्व प्रदान गर्दछ, तर विशेष गरी क्षतिग्रस्त हुँदा सुरक्षा जोखिमहरू प्रस्तुत गर्दछ।लिथियम आइरन फस्फेट (LiFePO4), लिथियम म्यांगनीज अक्साइड (LiMn2O4, Li2MnO3, वा LMO), र लिथियम निकल म्यांगनीज कोबाल्ट अक्साइड (LiNiMnCoO2 वा NMC) कम ऊर्जा घनत्व प्रदान गर्दछ तर लामो समयसम्म बाँच्न र आगो वा विस्फोटको कम सम्भावना प्रदान गर्दछ।त्यस्ता ब्याट्रीहरू विद्युतीय उपकरण, चिकित्सा उपकरण र अन्य भूमिकाहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।NMC र यसको डेरिभेटिभहरू विद्युतीय सवारी साधनहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको लागि अनुसन्धान क्षेत्रहरूमा जीवनकाल विस्तार गर्ने, ऊर्जा घनत्व बढाउने, सुरक्षा सुधार गर्ने, लागत घटाउने, र चार्ज गर्ने गति बढाउने जस्ता समावेश छन्।सामान्य इलेक्ट्रोलाइटमा प्रयोग हुने जैविक सॉल्भेन्टहरूको ज्वलनशीलता र अस्थिरतामा आधारित सुरक्षा बढाउने मार्गको रूपमा गैर-ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइटहरूको क्षेत्रमा अनुसन्धान भइरहेको छ।रणनीतिहरूमा जलीय लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू, सिरेमिक ठोस इलेक्ट्रोलाइटहरू, पोलिमर इलेक्ट्रोलाइटहरू, आयनिक तरल पदार्थहरू, र भारी फ्लोरिनेटेड प्रणालीहरू समावेश छन्।

ब्याट्री बनाम सेल

सेल एक आधारभूत इलेक्ट्रोकेमिकल एकाई हो जसमा इलेक्ट्रोड, विभाजक र इलेक्ट्रोलाइट हुन्छ।

ब्याट्री वा ब्याट्री प्याक भनेको कोशिका वा सेल एसेम्बलीहरूको संग्रह हो, जसमा आवास, विद्युतीय जडानहरू, र नियन्त्रण र सुरक्षाको लागि सम्भवतः इलेक्ट्रोनिक्सहरू छन्।

एनोड र क्याथोड इलेक्ट्रोड
रिचार्जेबल सेलहरूको लागि, एनोड (वा नकारात्मक इलेक्ट्रोड) शब्दले डिस्चार्ज चक्रको समयमा अक्सीकरण भइरहेको इलेक्ट्रोडलाई निर्दिष्ट गर्दछ;अर्को इलेक्ट्रोड क्याथोड (वा सकारात्मक इलेक्ट्रोड) हो।चार्ज चक्रको समयमा, सकारात्मक इलेक्ट्रोड एनोड हुन्छ र नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्याथोड हुन्छ।अधिकांश लिथियम-आयन कक्षहरूको लागि, लिथियम-अक्साइड इलेक्ट्रोड सकारात्मक इलेक्ट्रोड हो;titanate लिथियम-आयन सेल (LTO) को लागि, लिथियम-अक्साइड इलेक्ट्रोड नकारात्मक इलेक्ट्रोड हो।

इतिहास

पृष्ठभूमि

Varta लिथियम-आयन ब्याट्री, संग्रहालय Autovision, Altlussheim, जर्मनी
लिथियम ब्याट्रीहरू बेलायती रसायनशास्त्री र रसायनशास्त्रको लागि 2019 नोबेल पुरस्कारको सह-प्राप्तकर्ता एम. स्ट्यान्ली ह्वाइटिङहमले प्रस्ताव गरेका थिए, अहिले Binghamton विश्वविद्यालयमा, 1970s मा Exxon का लागि काम गर्दा।व्हिटिङ्घमले इलेक्ट्रोडको रूपमा टाइटेनियम (IV) सल्फाइड र लिथियम धातु प्रयोग गर्यो।यद्यपि, यो रिचार्जेबल लिथियम ब्याट्री कहिल्यै व्यावहारिक बनाउन सकिएन।टाइटेनियम डाइसल्फाइड एक खराब छनौट थियो, किनकि यसलाई पूर्ण रूपमा सिल गरिएको अवस्थामा संश्लेषित गर्नुपर्दछ, यो पनि धेरै महँगो (1970s मा टाइटेनियम डाइसल्फाइड कच्चा मालको लागि प्रति किलोग्राम $ 1,000)।हावामा पर्दा, टाइटेनियम डाइसल्फाइडले हाइड्रोजन सल्फाइड यौगिकहरू बनाउन प्रतिक्रिया गर्छ, जसमा अप्रिय गन्ध हुन्छ र धेरैजसो जनावरहरूको लागि विषाक्त हुन्छ।यसका लागि, र अन्य कारणहरूका लागि, एक्सोनले व्हिटिंघमको लिथियम-टाइटेनियम डाइसल्फाइड ब्याट्रीको विकास रोक्यो। [28]लिथियम धातुले पानीसँग प्रतिक्रिया गर्ने, ज्वलनशील हाइड्रोजन ग्यास निकाल्ने भएकाले धातुको लिथियम इलेक्ट्रोड भएका ब्याट्रीहरूले सुरक्षा समस्याहरू प्रस्तुत गरे।फलस्वरूप, अनुसन्धानले ब्याट्रीहरू विकास गर्न सारियो जसमा, धातु लिथियमको सट्टा, लिथियम आयनहरू स्वीकार गर्न र जारी गर्न सक्षम लिथियम यौगिकहरू मात्र उपस्थित हुन्छन्।

ग्रेफाइटमा उल्टाउन मिल्ने अन्तरक्रिया र क्याथोडिक अक्साइडमा इन्टरकेलेसन 1974-76 मा TU म्युनिखमा JO Besenhard द्वारा पत्ता लगाइएको थियो।बेसेनहार्डले लिथियम कोशिकाहरूमा यसको आवेदन प्रस्ताव गरे।इलेक्ट्रोलाइट विघटन र ग्रेफाइटमा विलायक सह-अन्तरक्रिया ब्याट्री जीवनको लागि गम्भीर प्रारम्भिक कमजोरीहरू थिए।

विकास

1973 - एडम हेलरले लिथियम थायोनिल क्लोराइड ब्याट्री प्रस्ताव गरे, अझै पनि प्रत्यारोपित चिकित्सा उपकरणहरूमा र रक्षा प्रणालीहरूमा प्रयोग गरिन्छ जहाँ 20-वर्ष भन्दा बढी शेल्फ जीवन, उच्च ऊर्जा घनत्व, र/वा चरम अपरेटिङ तापमानको लागि सहनशीलता आवश्यक छ।
1977 - समर बसुले पेन्सिलभेनिया विश्वविद्यालयमा ग्रेफाइटमा लिथियमको इलेक्ट्रोकेमिकल इन्टरकेलेसन प्रदर्शन गरे।यसले लिथियम धातु इलेक्ट्रोड ब्याट्रीको विकल्प प्रदान गर्न बेल ल्याब्स (LiC6) मा एक कार्ययोग्य लिथियम इन्टरकलेटेड ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडको विकास गर्‍यो।
1979 - छुट्टाछुट्टै समूहहरूमा काम गर्दै, नेड ए. गोडशल एट अल।, र त्यसको केही समय पछि, जोन बी गुडनफ (अक्सफोर्ड विश्वविद्यालय) र कोइची मिजुशिमा (टोक्यो विश्वविद्यालय), ले लिथियम प्रयोग गरेर 4 V दायरामा भोल्टेजको साथ रिचार्जेबल लिथियम सेल प्रदर्शन गरे। कोबाल्ट डाइअक्साइड (LiCoO2) सकारात्मक इलेक्ट्रोडको रूपमा र लिथियम धातु नकारात्मक इलेक्ट्रोडको रूपमा।यो नवाचारले सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री प्रदान गर्‍यो जसले प्रारम्भिक व्यावसायिक लिथियम ब्याट्रीहरूलाई सक्षम बनायो।LiCoO2 एक स्थिर सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री हो जसले लिथियम आयनहरूको दाताको रूपमा कार्य गर्दछ, जसको मतलब यो लिथियम धातु बाहेक अन्य नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीसँग प्रयोग गर्न सकिन्छ।स्थिर र सजिलैसँग ह्यान्डल गर्न मिल्ने नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीहरूको प्रयोगलाई सक्षम पारेर, LiCoO2 ले नयाँ रिचार्जेबल ब्याट्री प्रणालीहरू सक्षम पार्यो।Godshall et al।स्पिनल LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, र LiFe5O4 (र पछि लिथियम-कपर-अक्साइड र लिथियम-निकेल-अक्साइड क्याथोड सामग्रीहरू) जस्ता टर्नरी यौगिक लिथियम-ट्रान्जिसन मेटल-अक्साइडहरूको समान मूल्य पहिचान गरियो।
1980 - रचिद याजामीले ग्रेफाइटमा लिथियमको उल्टो विद्युत रासायनिक अन्तरक्रिया प्रदर्शन गरे र लिथियम ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड (एनोड) आविष्कार गरे।त्यस समयमा उपलब्ध जैविक इलेक्ट्रोलाइटहरू ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोडको साथ चार्ज गर्दा विघटन हुनेछ।याजामीले इलेक्ट्रोकेमिकल मेकानिज्म मार्फत लिथियमलाई ग्रेफाइटमा उल्टाउन सकिन्छ भनेर प्रदर्शन गर्न ठोस इलेक्ट्रोलाइट प्रयोग गरे।2011 को रूपमा, याजामीको ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड व्यावसायिक लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूमा सबैभन्दा सामान्य रूपमा प्रयोग हुने इलेक्ट्रोड थियो।
नेगेटिभ इलेक्ट्रोडको उत्पत्ति टोकियो यामाबे र पछि सन् १९८० को शुरुमा शज्जुकुनी याटाले पत्ता लगाएको PAS (पोलीसेनिक सेमिकन्डक्टिभ मटेरियल) मा भएको छ।यस प्रविधिको बीज प्रोफेसर हिडेकी शिराकावा र उनको समूहले प्रवाहकीय पोलिमरको खोज थियो, र यो एलन म्याकडायर्मिड र एलन जे. हिगर एट अल द्वारा विकसित पोलिएसिटिलीन लिथियम आयन ब्याट्रीबाट सुरु भएको पनि देख्न सकिन्छ।
1982 - Godshall et al।Godshall को Stanford University Ph.D. को आधारमा लिथियम ब्याट्रीहरूमा LiCoO2 को क्याथोडको रूपमा प्रयोग गरेकोमा US Patent 4,340,652 प्रदान गरिएको थियो।शोध प्रबंध र 1979 प्रकाशनहरू।
1983 - माइकल एम. ठाकरे, पिटर ब्रुस, विलियम डेभिड, र जोन गुडइनफले लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको लागि व्यावसायिक रूपमा सान्दर्भिक चार्ज गरिएको क्याथोड सामग्रीको रूपमा म्यांगनीज स्पिनल विकास गरे।
1985 - अकिरा योशिनोले कार्बनसियस सामग्री प्रयोग गरेर एक प्रोटोटाइप सेल भेला गरे जसमा लिथियम आयनहरू एक इलेक्ट्रोडको रूपमा घुसाउन सकिन्छ, र लिथियम कोबाल्ट अक्साइड (LiCoO2) अर्को रूपमा।यसले नाटकीय रूपमा सुरक्षा सुधार गरेको छ।LiCoO2 ले औद्योगिक स्तरको उत्पादनलाई सक्षम बनायो र व्यावसायिक लिथियम-आयन ब्याट्रीलाई सक्षम बनायो।
1989 - अरुमुगम मन्थिराम र जोन बी गुडइनफले क्याथोडहरूको पोलिनियन वर्ग पत्ता लगाए।तिनीहरूले देखाए कि पोलिनियनहरू समावेश गर्ने सकारात्मक इलेक्ट्रोडहरू, जस्तै, सल्फेटहरू, पोलिनियनको आगमनात्मक प्रभावको कारणले अक्साइडहरू भन्दा उच्च भोल्टेजहरू उत्पादन गर्दछ।यो पोलिनियन वर्गमा लिथियम आइरन फस्फेट जस्ता सामग्रीहरू छन्।

<जारी राख्न...>