Quels sont les différents types de matériaux de cathode?

Les matériaux de cathode sont généralement le facteur limitant lorsqu'il s'agit de fabriquer des batteries de lithium-ion fiables.Avec des batteries rechargeables dans une utilisation toujours croissante, les scientifiques continuent de rechercher des matériaux de cathode qui combinent une puissance élevée avec une opération sûre.Une variété de matériaux sont utilisés, selon l'application.Les batteries pour les appareils de consommation ont longtemps utilisé l'oxyde de cobalt comme principal matériau de cathode, et le phosphate de fer est en demande de batteries de voitures électriques.

Les qualités souhaitables dans les matériaux de cathode sont qu'ils impliquent une réaction réversible qui peut produire une batterie rechargeable, et que cette questionLa réaction ne provoque pas de changement de phase entre les matériaux impliqués.L'énergie supplémentaire requise pour modifier les matériaux entre leurs phases de gaz, de liquide et de solides, il est impossible de concevoir une batterie qui implique un tel changement.Les premières versions des batteries de lithium rechargeables ont utilisé du soufre fondu comme cathode, entourée de sel fondu qui était de 842 degrés Fahrenheit (450 degrés Celsius).Ces batteries pourraient fournir une puissance élevée, mais garder les matériaux liquides séparés était trop de problème.Les chercheurs ont recherché une méthode pratique d'utilisation du soufre comme matériau de cathode.

Les difficultés de développement de meilleurs matériaux de cathode sont leur volatilité inhérente.Pour que la batterie fonctionne, la cathode doit avoir une forte charge électrique par rapport à l'autre électrode, l'anode.Cela nécessite une substance avec une teneur élevée en oxygène.Un tel matériau est potentiellement très combustible, en particulier lorsqu'il est combiné avec la chaleur qui est souvent associée à la réaction chimique qui se déroule dans une batterie. C'est l'une des raisons de l'intérêt pour les composés de soufre pour les cathodes.Le soufre a des qualités électriques oxygènes sans sa volatilité.Le problème avec les composés de soufre est qu'ils produisent des cathodes avec une durée de vie plus courte, car leurs réactions chimiques laissent des sous-produits qui se dissolvent dans le matériau électrolytique qui sépare les deux électrodes. Au début des années 1970, un nouveau groupe de composés a émergé qui a attiré l'attention de l'attention de l'attention de l'attention de l'attention de l'attention de l'attention de l'attention de l'attention de l'attentionDes chercheurs qui avaient abandonné l'idée d'utiliser du soufre fondu.Le plus léger de ces composés, le disulfure de titane, était couramment utilisé au cours de cette décennie.Il a été remplacé vers 1980 vers 1980 par l'oxyde de lithium de cobalt, qui a produit la première batterie lithium-ion vraiment réussie. L'oxyde de cobalt est le matériau cathode dominant sur le marché et est couramment utilisé dans les batteries rechargeables des téléphones portables et des ordinateurs portables.Dans les équipements médicaux tels que les défibrillateurs cardiaques, l'oxyde de vanadium en argent est couramment utilisé pour les cathodes.Ce type de batterie a de l'argent comme sous-produit de sa réaction chimique, ce qui améliore la conductivité des batteries. Le phosphate de fer, et dans une moindre mesure le titanate de lithium, ont attiré l'attention des constructeurs automobiles en tant que matériaux potentiels de cathode pour les batteries de voitures électriques.L'une des raisons est que les batteries avec des cathodes fabriquées à partir de ces composés peuvent être rapidement chargées de 10 minutes.Les cellules avec des cathodes en nickelate ont la densité d'énergie la plus élevée.Cette densité d'énergie élevée signifie qu'ils ne sont pas intrinsèquement aussi sûrs que les batteries de phosphate de fer ou de lithium.