ලිතියම්-අයන බැටරියක් හෝ Li-ion බැටරියක් (LIB ලෙස කෙටියෙන්) යනු නැවත ආරෝපණය කළ හැකි බැටරි වර්ගයකි.ලිතියම්-අයන බැටරි සාමාන්‍යයෙන් අතේ ගෙන යා හැකි ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ සහ විද්‍යුත් වාහන සඳහා භාවිතා වන අතර මිලිටරි සහ අභ්‍යවකාශ යෙදුම් සඳහා ජනප්‍රිය වෙමින් පවතී.1970-1980 කාලය තුළ John Goodenough, M. Stanley Whittingham, Rachid Yazami සහ Koichi Mizushima විසින් කරන ලද පර්යේෂණ මත පදනම්ව, 1985 දී Akira Yoshino විසින් මූලාකෘති Li-ion බැටරියක් නිපදවන ලද අතර, පසුව වාණිජ Li-ion බැටරියක් නිපදවන ලදී. Sony සහ Asahi Kasei කණ්ඩායම 1991 දී Yoshio Nishi විසින් නායකත්වය දෙන ලදී. 2019 දී රසායන විද්‍යාව සඳහා වූ නොබෙල් ත්‍යාගය Yoshino, Goodenough සහ Whittingham "ලිතියම් අයන බැටරි සංවර්ධනය සඳහා" ලබා දෙන ලදී.

බැටරි වලදී ලිතියම් අයන සෘණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ සිට විද්‍යුත් විච්ඡේදකයක් හරහා විසර්ජනයේදී ධන ඉලෙක්ට්‍රෝඩය දක්වාද ආරෝපණය කිරීමේදී පසුපසටද ගමන් කරයි.Li-ion බැටරි ධනාත්මක ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ ද්‍රව්‍ය ලෙස අන්තර් සම්බන්ධිත ලිතියම් සංයෝගයක් සහ සෘණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ සාමාන්‍යයෙන් මිනිරන් භාවිතා කරයි.බැටරිවල ඉහළ ශක්ති ඝනත්වයක් ඇත, මතක ආචරණයක් නොමැත (LFP සෛල හැර) සහ අඩු ස්වයං-විසර්ජනය.කෙසේ වෙතත්, ඒවායේ දැවෙන ඉලෙක්ට්‍රොලයිට් අඩංගු බැවින් ඒවා ආරක්ෂිත අනතුරක් විය හැකි අතර, හානි වූ විට හෝ වැරදි ලෙස ආරෝපණය කළහොත් පිපිරීම් සහ ගිනි ඇති විය හැක.ලිතියම්-අයන ගිනිගැනීම් හේතුවෙන් Samsung සමාගමට Galaxy Note 7 ජංගම දුරකථන නැවත කැඳවීමට සිදු වූ අතර, Boeing 787 යානාවල බැටරි සම්බන්ධ සිදුවීම් කිහිපයක් ද සිදු විය.

රසායන විද්යාව, කාර්ය සාධනය, පිරිවැය සහ ආරක්ෂක ලක්ෂණ LIB වර්ග හරහා වෙනස් වේ.අතේ ගෙන යා හැකි ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ බොහෝ දුරට ලිතියම් පොලිමර් බැටරි (විද්‍යුත් විච්ඡේදකයක් ලෙස පොලිමර් ජෙල් සහිත) ලිතියම් කොබෝල්ට් ඔක්සයිඩ් (LiCoO2) කැතෝඩ ද්‍රව්‍ය ලෙස භාවිතා කරයි, එය ඉහළ ශක්ති ඝනත්වයක් ලබා දෙන නමුත්, විශේෂයෙන් හානි වූ විට ආරක්ෂිත අවදානම් ඉදිරිපත් කරයි.ලිතියම් යකඩ පොස්පේට් (LiFePO4), ලිතියම් මැංගනීස් ඔක්සයිඩ් (LiMn2O4, Li2MnO3, හෝ LMO) සහ ලිතියම් නිකල් මැංගනීස් කොබෝල්ට් ඔක්සයිඩ් (LiNiMnCoO2 හෝ NMC) අඩු ශක්ති ඝනත්වයක් ලබා දෙන නමුත් වැඩි ආයු කාලයක් සහ ගින්නක් හෝ පිපිරීමක් ඇතිවීමේ සම්භාවිතාව අඩුය.එවැනි බැටරි විද්යුත් මෙවලම්, වෛද්ය උපකරණ සහ අනෙකුත් භූමිකාවන් සඳහා බහුලව භාවිතා වේ.NMC සහ එහි ව්‍යුත්පන්නයන් විද්‍යුත් වාහනවල බහුලව භාවිතා වේ.

ලිතියම් අයන බැටරි සඳහා පර්යේෂණ ක්ෂේත්‍ර අතර ආයු කාලය දීර්ඝ කිරීම, බලශක්ති ඝනත්වය වැඩි කිරීම, ආරක්ෂාව වැඩි දියුණු කිරීම, පිරිවැය අඩු කිරීම සහ ආරෝපණ වේගය වැඩි කිරීම ඇතුළත් වේ.සාමාන්‍ය විද්‍යුත් විච්ඡේදකයේ භාවිතා වන කාබනික ද්‍රාවකවල දැවෙන බව සහ අස්ථාවරත්වය මත පදනම්ව වැඩි ආරක්ෂාවක් සඳහා මාර්ගයක් ලෙස ගිනි නොගන්නා ඉලෙක්ට්‍රොලයිට් ප්‍රදේශයේ පර්යේෂණ සිදු වෙමින් පවතී.උපාය මාර්ගවලට ජලීය ලිතියම්-අයන බැටරි, සෙරමික් ඝන විද්‍යුත් විච්ඡේදක, පොලිමර් විද්‍යුත් විච්ඡේදක, අයනික ද්‍රව සහ අධික ලෙස ෆ්ලෝරිනීකෘත පද්ධති ඇතුළත් වේ.

බැටරි එදිරිව සෛලය

සෛලයක් යනු ඉලෙක්ට්‍රෝඩ, බෙදුම්කරු සහ ඉලෙක්ට්‍රෝලය අඩංගු මූලික විද්‍යුත් රසායනික ඒකකයකි.

බැටරි හෝ බැටරි පැකේජයක් යනු පාලනය සහ ආරක්ෂාව සඳහා නිවාස, විදුලි සම්බන්ධතා සහ සමහරවිට ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ සහිත සෛල හෝ සෛල එකලස්කිරීම් එකතුවකි.

ඇනෝඩ සහ කැතෝඩ ඉලෙක්ට්රෝඩ
නැවත ආරෝපණය කළ හැකි සෛල සඳහා, ඇනෝඩය (හෝ සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩය) යන පදය විසර්ජන චක්රය තුළ ඔක්සිකරණය සිදු වන ඉලෙක්ට්රෝඩය නම් කරයි;අනෙක් ඉලෙක්ට්රෝඩය කැතෝඩය (හෝ ධන ඉලෙක්ට්රෝඩය) වේ.ආරෝපණ චක්‍රය තුළ ධන ඉලෙක්ට්‍රෝඩය ඇනෝඩය බවට පත් වන අතර සෘණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩය කැතෝඩය බවට පත් වේ.බොහෝ ලිතියම්-අයන සෛල සඳහා, ලිතියම්-ඔක්සයිඩ් ඉලෙක්ට්රෝඩය ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩය වේ;ටයිටනේට් ලිතියම්-අයන සෛල (LTO) සඳහා ලිතියම් ඔක්සයිඩ් ඉලෙක්ට්‍රෝඩය සෘණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩය වේ.

ඉතිහාසය

පසුබිම

Varta lithium-ion බැටරිය, Museum Autovision, Altlussheim, Germany
ලිතියම් බැටරි යෝජනා කරන ලද්දේ බ්‍රිතාන්‍ය රසායන විද්‍යාඥයෙකු සහ 2019 රසායන විද්‍යාව සඳහා වූ නොබෙල් ත්‍යාගලාභී M. Stanley Whittingham, දැන් Binghamton විශ්වවිද්‍යාලයේ, 1970s හි Exxon හි සේවය කරමින් සිටියදීය.විටින්හැම් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ලෙස ටයිටේනියම්(IV) සල්ෆයිඩ් සහ ලිතියම් ලෝහ භාවිත කළේය.කෙසේ වෙතත්, මෙම නැවත ආරෝපණය කළ හැකි ලිතියම් බැටරිය කිසි විටෙකත් ප්‍රායෝගික කළ නොහැකි විය.ටයිටේනියම් ඩයිසල්ෆයිඩ් දුර්වල තේරීමක් විය, මන්ද එය සම්පූර්ණයෙන්ම මුද්‍රා තැබූ තත්ත්‍වයන් යටතේ සංස්ලේෂණය කළ යුතු බැවින් එය තරමක් මිල අධික විය (1970 ගණන්වල ටයිටේනියම් ඩයිසල්ෆයිඩ් අමුද්‍රව්‍ය සඳහා කිලෝග්‍රෑමයකට ඩොලර් 1,000).වාතයට නිරාවරණය වූ විට, ටයිටේනියම් ඩයිසල්ෆයිඩ් හයිඩ්‍රජන් සල්ෆයිඩ් සංයෝග සෑදීමට ප්‍රතික්‍රියා කරයි, ඒවා අප්රසන්න ගන්ධයක් ඇති අතර බොහෝ සතුන්ට විෂ වේ.මේ නිසා සහ වෙනත් හේතූන් නිසා, Exxon විසින් Whittingham හි ලිතියම්-ටයිටේනියම් ඩයිසල්ෆයිඩ් බැටරිය සංවර්ධනය කිරීම නවතා දැමුවේය.[28]ලිතියම් ලෝහය ජලය සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කර දැවෙන හයිඩ්‍රජන් වායුව මුදාහරින බැවින් ලෝහ ලිතියම් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සහිත බැටරි ආරක්‍ෂිත ගැටලු ඉදිරිපත් කළේය.එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස, ලිතියම් අයන පිළිගැනීමට සහ මුදා හැරීමට හැකියාව ඇති ලෝහ ලිතියම් වෙනුවට ලිතියම් සංයෝග පමණක් පවතින බැටරි නිපදවීමට පර්යේෂණ සිදු විය.

ග්‍රැෆයිට්වල ප්‍රතිවර්ත කළ හැකි අන්තර් සම්බන්ධ කිරීම සහ කැතෝඩික් ඔක්සයිඩ බවට අන්තර් සම්බන්ධ කිරීම 1974-76 කාලය තුළ JO Besenhard විසින් TU මියුනිච්හිදී සොයා ගන්නා ලදී.බෙසෙන්හාර්ඩ් ලිතියම් සෛල තුළ එහි යෙදීම යෝජනා කළේය.විද්‍යුත් විච්ඡේදනය සහ ද්‍රාවක මිනිරන් බවට පත් කිරීම බැටරි ආයු කාලය සඳහා දැඩි මුල් දුර්වලතා විය.

සංවර්ධනය

1973 - ඇඩම් හෙලර් විසින් ලිතියම් තයොනයිල් ක්ලෝරයිඩ් බැටරිය යෝජනා කරන ලද අතර, එය තවමත් තැන්පත් කර ඇති වෛද්‍ය උපකරණවල සහ වසර 20කට වඩා වැඩි ආයු කාලයක්, අධික ශක්ති ඝනත්වය සහ/හෝ ආන්තික මෙහෙයුම් උෂ්ණත්වයන් සඳහා ඉවසීම අවශ්‍ය වන ආරක්ෂක පද්ධතිවල භාවිතා වේ.
1977 - සමර් බාසු විසින් පෙන්සිල්වේනියා විශ්ව විද්‍යාලයේ මිනිරන් වල ලිතියම් වල විද්‍යුත් රසායනික අන්තර් ක්‍රියාකාරිත්වය ප්‍රදර්ශනය කරන ලදී.මෙය ලිතියම් ලෝහ ඉලෙක්ට්‍රෝඩ බැටරියට විකල්පයක් සැපයීම සඳහා බෙල් ලැබ්ස් (LiC6) හි ක්‍රියා කළ හැකි ලිතියම් අන්තර් සම්බන්ධිත ග්‍රැෆයිට් ඉලෙක්ට්‍රෝඩයක් සංවර්ධනය කිරීමට හේතු විය.
1979 - වෙනම කණ්ඩායම්වල වැඩ කරමින්, Ned A. Godshall et al., සහ, ඉන් ටික කලකට පසු, John B. Goodenough (Oxford University) සහ Koichi Mizushima (Tokyo University), ලිතියම් භාවිතයෙන් 4 V පරාසයක වෝල්ටීයතාවයක් සහිත නැවත ආරෝපණය කළ හැකි ලිතියම් සෛලයක් ප්‍රදර්ශනය කරන ලදී. කොබෝල්ට් ඩයොක්සයිඩ් (LiCoO2) ධන ඉලෙක්ට්රෝඩය ලෙස සහ ලිතියම් ලෝහය සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩය ලෙස.මෙම නවෝත්පාදනය මුල් වානිජ ලිතියම් බැටරි සක්‍රීය කරන ධනාත්මක ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍ය සපයන ලදී.LiCoO2 යනු ලිතියම් අයන පරිත්‍යාග කරන්නෙකු ලෙස ක්‍රියා කරන ස්ථායී ධන ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍යයකි, එයින් අදහස් වන්නේ එය ලිතියම් ලෝහය හැර වෙනත් සෘණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍යයක් සමඟ භාවිතා කළ හැකි බවයි.ස්ථායී සහ පහසුවෙන් හැසිරවිය හැකි සෘණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍ය භාවිතය සක්‍රීය කිරීමෙන්, LiCoO2 නව නැවත ආරෝපණය කළ හැකි බැටරි පද්ධති සක්‍රීය කළේය.Godshall et al.ස්පිනල් LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, සහ LiFe5O4 (සහ පසුව ලිතියම්-තඹ-ඔක්සයිඩ් සහ ලිතියම්-නිකල්-ඔක්සයිඩ් කැතෝඩ 198 ද්රව්ය) වැනි ත්‍රිත්ව සංයෝග ලිතියම්-සංක්‍රාන්ති ලෝහ-ඔක්සයිඩවල සමාන අගය තවදුරටත් හඳුනා ගන්නා ලදී.
1980 - Rachid Yazami විසින් මිනිරන් තුළ ලිතියම් වල ප්‍රතිවර්ත කළ හැකි විද්‍යුත් රසායනික අන්තර් සම්බන්ධකය නිරූපණය කළ අතර ලිතියම් ග්‍රැෆයිට් ඉලෙක්ට්‍රෝඩය (ඇනෝඩය) සොයා ගන්නා ලදී.මිනිරන් සෘණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩයක් සමඟ ආරෝපණය කිරීමේදී එකල පැවති කාබනික විද්‍යුත් විච්ඡේදක දිරාපත් වේ.විද්‍යුත් රසායනික යාන්ත්‍රණයක් හරහා ලිතියම් ග්‍රැෆයිට් තුළ ප්‍රතිවර්තිත ලෙස අන්තර් සම්බන්ධ කළ හැකි බව නිරූපණය කිරීමට යසාමි ඝන ඉලෙක්ට්‍රෝලය භාවිතා කළේය.2011 වන විට, යාසාමිගේ ග්‍රැෆයිට් ඉලෙක්ට්‍රෝඩය වාණිජ ලිතියම්-අයන බැටරිවල බහුලව භාවිතා වන ඉලෙක්ට්‍රෝඩය විය.
සෘණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ මූලාරම්භය ඇත්තේ 1980 ගණන්වල මුල් භාගයේදී ටෝකියෝ යමබේ විසින් සහ පසුව Shjzukuni Yata විසින් සොයා ගන්නා ලද PAS (polyacenic අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය) තුළිනි.මෙම තාක්ෂණයේ බීජය වූයේ මහාචාර්ය Hideki Shirakawa සහ ඔහුගේ කණ්ඩායම විසින් සන්නායක බහුඅවයව සොයා ගැනීම වන අතර එය Alan MacDiarmid සහ Alan J. Heeger et al විසින් වැඩි දියුණු කරන ලද පොලිඇසිටිලීන් ලිතියම් අයන බැටරියෙන් ආරම්භ වූවක් ලෙසද සැලකිය හැකිය.
1982 - Godshall et al.ගොඩ්ෂාල්ගේ ස්ටැන්ෆර්ඩ් විශ්වවිද්‍යාලයේ ආචාර්ය උපාධිය මත පදනම්ව ලිතියම් බැටරිවල කැතෝඩ ලෙස LiCoO2 භාවිතය සඳහා US පේටන්ට් බලපත්‍ර 4,340,652 ප්‍රදානය කරන ලදී.නිබන්ධනය සහ 1979 ප්රකාශන.
1983 - මයිකල් එම් තැකරි, පීටර් බෲස්, විලියම් ඩේවිඩ් සහ ජෝන් ගුඩ්නොෆ් විසින් ලිතියම්-අයන බැටරි සඳහා වාණිජමය වශයෙන් අදාළ ආරෝපිත කැතෝඩ ද්‍රව්‍යයක් ලෙස මැංගනීස් ස්පිනල් එකක් නිපදවන ලදී.
1985 - අකිරා යෝෂිනෝ විසින් එක් ඉලෙක්ට්‍රෝඩයක් ලෙස ලිතියම් අයන ද අනෙක් ඉලෙක්ට්‍රෝඩය ලෙස ලිතියම් අයන ද ඇතුළු කළ හැකි කාබන් ද්‍රව්‍ය භාවිතයෙන් මූලාකෘති සෛලයක් එක්රැස් කරන ලදී.මෙය නාටකාකාර ලෙස ආරක්ෂාව වැඩි දියුණු කළේය.LiCoO2 කාර්මික පරිමාණ නිෂ්පාදනය සක්‍රීය කළ අතර වාණිජ ලිතියම්-අයන බැටරිය සක්‍රීය කළේය.
1989 - ආරුමුගම් මන්තීරම් සහ ජෝන් බී. ගුඩ්එනොෆ් විසින් කැතෝඩවල බහුඅවයව පන්තිය සොයා ගන්නා ලදී.පොලියානියන් අඩංගු ධනාත්මක ඉලෙක්ට්‍රෝඩ, උදා: සල්ෆේට්, බහුඅයනයේ ප්‍රේරක බලපෑම හේතුවෙන් ඔක්සයිඩවලට වඩා වැඩි වෝල්ටීයතාවයක් නිපදවන බව ඔවුහු පෙන්වා දුන්හ.මෙම polyanion පන්තියේ ලිතියම් යකඩ පොස්පේට් වැනි ද්‍රව්‍ය අඩංගු වේ.

<දිගටම...>