Jaké jsou různé typy katodových materiálů?

Katodové materiály jsou obvykle omezujícím faktorem, pokud jde o výrobu spolehlivých lithium-iontových baterií. S dobíjecími bateriemi při stále rostoucích používání vědci nadále hledají katodové materiály, které kombinují vysoký výstup s bezpečným provozem. V závislosti na aplikaci se používá řada materiálů. Baterie pro spotřebitelské spotřebiče již dlouho používají oxid kobaltu jako svůj hlavní katodový materiál a železný fosfát je požadován po elektrických bateriích automobilů. Extra energie potřebná ke změně materiálů mezi jejich plynem, kapalinou a pevnými fázemi způsobuje, že je nepraktická navrhnout baterii, která zahrnuje takovou změnu. První verze dobíjecí lithiové baterie používaly roztavenou síru jako katodu, obklopené roztavenou solí, která byla 842 stupňů Fahrenheita (450 degrees Celsius). Tyto baterie by mohly poskytnout vysoký výstup, ale udržování tekutých materiálů bylo příliš velkým problémem. Vědci hledali praktický způsob použití síry jako katodového materiálu.

Jednou z obtíží při vývoji lepších katodových materiálů je jejich vlastní volatilita. Aby byla baterie fungována, musí mít katoda silný elektrický náboj s ohledem na jinou elektrodu, anodu. To vyžaduje látku s vysokým obsahem kyslíku. Takový materiál je potenciálně velmi hořlavý, zejména v kombinaci s teplem, které je často spojeno s chemickou reakcí, která se odehrává v baterii.

Toto je jeden z důvodů zájmu o sloučeniny síry pro katody. Síra má elektrické vlastnosti kyslíku bez jeho volatility. Problém se sloučeninami síry spočívá v tom, že produkují katody s kratším životemEspans, protože jejich chemické reakce nechávají vedlejší produkty, které se rozpouštějí do elektrolytového materiálu, který odděluje obě elektrody.

Na začátku 70. let 20. století objevila nová skupina sloučenin, která upoutala pozornost vědců, kteří se vzdali myšlenky používat roztavenou síru. Nejlehčí z těchto sloučenin, titanový disulfid, byl během tohoto desetiletí běžně používán. Byl nahrazen kolem roku 1980 oxidem lithium kobaltu, který produkoval první skutečně úspěšnou lithium-iontovou baterii.

Oxid kobaltu je dominantní katodový materiál na trhu a běžně se používá v dobíjecích bateriích mobilních telefonů a notebooků. V lékařském vybavení, jako jsou srdeční defibrilátory, se pro katody běžně používá oxid stříbrného vanadu. Tento typ baterie má stříbro jako vedlejší produkt své chemické reakce, což zlepšuje vodivost baterie.

Fosfát železa a v menší míře lithiový titanát upozornil od výrobců automobilů aS Potenciální katodové materiály pro baterie elektrických automobilů. Jedním z důvodů je to, že baterie s katodami vyrobenými z těchto sloučenin lze rychle nabité za pouhých 10 minut. Buňky s katodami vyrobenými z nikkátu mají nejvyšší hustotu energie. Tato vysoká hustota energie znamená, že nejsou ze své podstaty tak bezpečné jako baterie fosfátu železa nebo lithium.