캐소드 재료의 다른 유형은 무엇입니까?

캐소드 물질은 일반적으로 신뢰할 수있는 리튬 이온 배터리를 제조 할 때 제한 요소입니다. 과학자들은 점점 더 증가하는 충전식 배터리로 인해 높은 출력과 안전한 작동을 결합한 음극 재료를 계속 찾고 있습니다. 용도에 따라 다양한 재료가 사용됩니다. 가전 ​​제품 용 배터리는 오랫동안 주요 음극 재료로 코발트 산화물을 사용해 왔으며, 인산 철은 전기 자동차 배터리를 필요로합니다.

캐소드 물질에서 바람직한 품질은 재충전 가능한 배터리를 생성 할 수있는 가역적 반응을 수반하며,이 반응으로 인해 관련된 물질 중 상 변화가 일어나지 않는다는 것이다. 기체, 액체 및 고체상 사이에서 재료를 변경하는 데 필요한 추가 에너지로 인해 이러한 변경이 포함 된 배터리를 설계하는 것은 비현실적입니다. 충전식 리튬 배터리의 초기 버전은 음극으로 용융 황을 사용했으며 화씨 842도 (섭씨 450도) 인 용융 염으로 둘러싸여있었습니다. 이 배터리는 높은 출력을 제공 할 수 있지만 액체 물질을 분리하는 것은 너무 큰 문제입니다. 연구자들은 황을 음극 물질로 사용하는 실용적인 방법을 찾고있다.

더 나은 음극 재료를 개발하는 데 어려움 중 하나는 고유 한 휘발성입니다. 배터리가 기능하기 위해서는 캐소드는 다른 전극 인 애노드에 대해 강한 전하를 가져야한다. 이를 위해서는 산소 함량이 높은 물질이 필요합니다. 이러한 물질은 특히 배터리 내에서 발생하는 화학 반응과 관련이있는 열과 결합 될 때 잠재적으로 매우 가연성이 있습니다.

이것이 음극 용 황 화합물에 관심을 갖는 이유 중 하나입니다. 유황은 휘발성이없는 산소의 전기적 특성을 가지고 있습니다. 황 화합물의 문제점은 화학 반응이 두 전극을 분리하는 전해질 물질에 용해되는 부산물을 남기기 때문에 수명이 짧은 캐소드를 생성한다는 것입니다.

1970 년대 초, 용융 황 사용에 대한 아이디어를 포기한 연구자들의 관심을 끌었던 새로운 화합물 그룹이 등장했습니다. 이 화합물 중 가장 가벼운 이황화 티타늄이이 10 년 동안 일반적으로 사용되었습니다. 1980 년경에 리튬 코발트 산화물로 대체되어 최초의 성공적인 리튬 이온 배터리를 생산했습니다.

코발트 옥사이드는 시장에서 지배적 인 캐소드 물질이며 핸드폰 및 랩탑 컴퓨터의 충전식 배터리에 일반적으로 사용됩니다. 심장 제세동 기와 같은 의료 장비에서은 바나듐 산화물이 일반적으로 음극에 사용됩니다. 이 유형의 배터리는 화학 반응의 부산물로 은이 함유되어있어 배터리의 전도성을 향상시킵니다.

인산 철 및 티탄산 리튬은 전기 자동차 배터리의 잠재적 인 음극 재료로 자동차 제조업체의 관심을 끌고 있습니다. 그 이유 중 하나는 이러한 화합물로 만든 음극이있는 배터리를 단 10 분 안에 빠르게 충전 할 수 있기 때문입니다. 니켈 레이트로 만들어진 음극을 가진 전지는 가장 높은 에너지 밀도를 갖는다. 이 높은 에너지 밀도는 인산 철 또는 티탄산 리튬 배터리만큼 안전하지 않다는 것을 의미합니다.