Hvad er de forskellige typer katodematerialer?

Katodematerialer er normalt den begrænsende faktor, når det kommer til at fremstille pålidelige lithium-ion-batterier.Med genopladelige batterier i stadig stigende brug søger forskere fortsat katodematerialer, der kombinerer høj output med sikker drift.Der bruges en række materialer, afhængigt af applikationen.Batterier til forbrugerapparater har længe brugt koboltoxid som deres vigtigste katodemateriale, og jernphosphat er efterspurgt efter elbilbatterier.

Ønskelige kvaliteter i katodematerialer er, at de involverer en reversibel reaktion, der kan producere et genopladeligt batteri, og at detteReaktion forårsager ikke en faseændring blandt nogen af de involverede materialer.Den ekstra energi, der kræves for at ændre materialer mellem deres gas, flydende og faste faser, gør det upraktisk at designe et batteri, der involverer en sådan ændring.Tidlige versioner af genopladelige lithiumbatterier anvendte smeltet svovl som en katode omgivet af smeltet salt, der var 842 grader Fahrenheit (450 grader Celsius).Disse batterier kunne tilvejebringe en høj output, men det var for meget af et problem at holde de flydende materialer adskilt.Forskere har kigget efter en praktisk metode til at bruge svovl som katodemateriale.

En af vanskelighederne med at udvikle bedre katodematerialer er deres iboende volatilitet.For at batteriet skal fungere, skal katoden have en stærk elektrisk ladning med hensyn til den anden elektrode, anoden.Dette kræver et stof med et højt iltindhold.Et sådant materiale er potentielt meget brændbart, især når det kombineres med den varme, der ofte er forbundet med den kemiske reaktion, der finder sted i et batteri. Dette er en af grundene til interessen for svovlforbindelser til katoder.Svovl har oxygener elektriske egenskaber uden dens volatilitet.Problemet med svovlforbindelser er, at de producerer katoder med kortere levetid, fordi deres kemiske reaktioner forlader biprodukter, der opløses i elektrolytmaterialet, der adskiller de to elektroder. I de tidlige 1970'ere opstod en ny gruppe af forbindelser, der trak opmærksomheden påForskere, der havde opgivet ideen om at bruge smeltet svovl.De letteste af disse forbindelser, titaniumdisulfid, blev ofte anvendt i løbet af dette årti.Det blev erstattet i omkring 1980 med lithium cobaltoxid, der producerede det første virkelig succesrige lithium-ion-batteri. Cobaltoxid er det dominerende katodemateriale på markedet og bruges ofte i de genopladelige batterier af mobiltelefoner og bærbare computere.I medicinsk udstyr, såsom hjerte -defibrillatorer, bruges sølv vanadiumoxid ofte til katoderne.Denne type batteri har sølv som et biprodukt af dens kemiske reaktion, og dette forbedrer batteriens ledningsevne. Jernphosphat og i mindre grad lithiumtitanat har henledt opmærksomheden fra bilproducenter som potentielle katodematerialer til elbilbatterier.En af grundene til dette er fordi batterier med katoder lavet af disse forbindelser hurtigt kan oplades på så få som 10 minutter.Celler med katoder lavet af nikkelat har den højeste energitæthed.Denne høje energitæthed betyder, at de i sagens natur ikke er så sikre som jernphosphat eller lithiumtitanatbatterier.