Was sind die verschiedenen Arten von Kathodenmaterialien?

Kathodenmaterialien sind normalerweise der begrenzende Faktor, wenn es darum geht, zuverlässige Lithium-Ionen-Batterien herzustellen. Mit wiederaufladbaren Batterien im ständig wachsenden Gebrauch suchen Wissenschaftler weiterhin Kathodenmaterialien, die eine hohe Leistung mit sicherem Betrieb kombinieren. Je nach Anwendung werden verschiedene Materialien verwendet. Batterien für Verbrauchergeräte haben seit langem Kobaltoxid als Hauptkathodenmaterial verwendet, und Eisenphosphat sind nach Elektroauto -Batterien gefragt. Die zusätzliche Energie, die erforderlich ist, um Materialien zwischen Gas-, Flüssig- und festen Phasen zu wechseln, macht es unpraktisch, eine Batterie zu entwerfen, die eine solche Änderung beinhaltet. Frühe Versionen von wiederaufladbaren Lithiumbatterien verwendeten geschmolzene Schwefel als Kathode, umgeben von geschmolzenem Salz, der 842 Grad Fahrenheit (450 Grad) umgeben warEs Celsius). Diese Batterien konnten einen hohen Ausgang liefern, aber die flüssigen Materialien trennten sich jedoch ein zu großes Problem. Forscher haben nach einer praktischen Methode gesucht, um Schwefel als Kathodenmaterial zu verwenden.

Eine der Schwierigkeiten bei der Entwicklung besserer Kathodenmaterialien ist ihre inhärente Volatilität. Damit die Batterie funktioniert, muss die Kathode eine starke elektrische Ladung in Bezug auf die andere Elektrode, die Anode, aufweisen. Dies erfordert eine Substanz mit einem hohen Sauerstoffgehalt. Ein solches Material ist möglicherweise sehr brennbar, insbesondere in Kombination mit der Wärme, die häufig mit der chemischen Reaktion in einer Batterie verbunden ist.

Dies ist einer der Gründe für das Interesse an Schwefelverbindungen für Kathoden. Schwefel hat die elektrischen Eigenschaften von Sauerstoff ohne Volatilität. Das Problem mit Schwefelverbindungen besteht darin, dass sie Kathoden mit kürzerem Leben produzierenESPANS, weil ihre chemischen Reaktionen Nebenprodukte lassen, die sich in das Elektrolytmaterial auflösen, das die beiden Elektroden trennt.

In den frühen 1970er Jahren entstand eine neue Gruppe von Verbindungen, die die Aufmerksamkeit von Forschern auf sich zogen, die die Idee der Verwendung geschmolzener Schwefel aufgegeben hatten. Die leichteste dieser Verbindungen, Titan -Disulfid, wurde in diesem Jahrzehnt üblicherweise verwendet. Es wurde um 1980 durch Lithium-Kobaltoxid ersetzt, das die erste wirklich erfolgreiche Lithium-Ionen-Batterie erzeugte.

Kobaltoxid ist das dominante Kathodenmaterial auf dem Markt und wird üblicherweise in den wiederaufladbaren Batterien von Mobiltelefonen und Laptop -Computern verwendet. Bei medizinischen Geräten wie Herzdefibrillatoren wird in den Kathen üblicherweise Silbervanadiumoxid verwendet. Diese Art von Batterie hat Silber als Nebenprodukt seiner chemischen Reaktion, und dies verbessert die Leitfähigkeit der Batterie.

Eisenphosphat und in geringerem Maße Lithiumtitanat haben die Aufmerksamkeit von Autoherstellern a Aufmerksamkeit auf sich gezogenS Potentielle Kathodenmaterialien für Elektroauto -Batterien. Ein Grund dafür ist, dass Batterien mit aus diesen Verbindungen hergestellten Kathoden in nur 10 Minuten schnell aufgeladen werden können. Zellen mit Nickelat mit Kathoden haben die höchste Energiedichte. Diese hohe Energiedichte bedeutet, dass sie von Natur aus nicht so sicher sind wie Eisenphosphat- oder Lithiumtitanat -Batterien.