Hva er de forskjellige typene katodematerialer?

Katodematerialer er vanligvis den begrensende faktoren når det gjelder å lage pålitelige litium-ion-batterier.Med oppladbare batterier i stadig økende bruk, fortsetter forskere å søke katodematerialer som kombinerer høy effekt med sikker drift.En rekke materialer brukes, avhengig av applikasjonen.Batterier for forbrukerapparater har lenge brukt koboltoksyd som deres viktigste katodemateriale, og jernfosfat er etterspurt etter elbilbatterier.

Ønskelige egenskaper i katodematerialer er at de involverer en reversibel reaksjon som kan gi et oppladbart batteri, og at detteReaksjon forårsaker ikke en faseendring blant noen av de involverte materialene.Den ekstra energien som kreves for å endre materialer mellom gass, flytende og faste faser, gjør det upraktisk å designe et batteri som innebærer en slik endring.Tidlige versjoner av oppladbare litiumbatterier brukte smeltet svovel som en katode, omgitt av smeltet salt som var 842 grader Fahrenheit (450 grader Celsius).Disse batteriene kunne gi en høy utgang, men å holde væskematerialene atskilt var for mye av et problem.Forskere har sett etter en praktisk metode for å bruke svovel som katodemateriale.

En av vanskene med å utvikle bedre katodematerialer er deres iboende volatilitet.For at batteriet skal fungere, må katoden ha en sterk elektrisk ladning med hensyn til den andre elektroden, anoden.Dette krever et stoff med høyt oksygeninnhold.Slikt materiale er potensielt veldig brennbart, spesielt når det kombineres med varmen som ofte er assosiert med den kjemiske reaksjonen som foregår i et batteri.

Dette er en av grunnene til interessen for svovelforbindelser for katoder.Svovel har oksygener elektriske egenskaper uten sin volatilitet.Problemet med svovelforbindelser er at de produserer katoder med kortere levetid, fordi deres kjemiske reaksjoner etterlater biprodukter som løses opp i elektrolyttmaterialet som skiller de to elektrodene.

På begynnelsen av 1970 -tallet dukket det opp en ny gruppe forbindelser som trakk oppmerksomheten til oppmerksomhetForskere som hadde gitt opp ideen om å bruke smeltet svovel.Den letteste av disse forbindelsene, titan -disulfid, ble ofte brukt i løpet av dette tiåret.Den ble erstattet i cirka 1980 av litiumkoboltoksyd, som produserte det første virkelig vellykkede litium-ion-batteriet.

Koboltoksyd er det dominerende katodematerialet på markedet og brukes ofte i de oppladbare batteriene til mobiltelefoner og bærbare datamaskiner.I medisinsk utstyr som hjerteskibrillatorer brukes sølv vanadiumoksid ofte for katodene.Denne typen batteri har sølv som et biprodukt av den kjemiske reaksjonen, og dette forbedrer batteriets ledningsevne.

Jernfosfat, og i mindre grad litiumtitanat, har trukket oppmerksomhet fra bilprodusenter som potensielle katodematerialer for elbilbatterier.En årsak til dette er fordi batterier med katoder laget av disse forbindelsene raskt kan lades på så få som 10 minutter.Celler med katoder laget av nickelate har den høyeste energitettheten.Denne høye energitettheten betyr at de iboende ikke er så trygge som jernfosfat eller litiumtitanatbatterier.