Jakie są różne rodzaje materiałów katodowych?

Materiały katodowe są zwykle czynnikiem ograniczającym, jeśli chodzi o tworzenie niezawodnych baterii litowo-jonowych.Dzięki akumulatorom w coraz większym stosowaniu naukowcy nadal szukają materiałów katodowych, które łączą wysoką moc wyjściową z bezpieczną obsługą.W zależności od zastosowania stosuje się różnorodne materiały.Akumulatory na urządzenia konsumenckie od dawna stosują tlenek kobaltu jako główny materiał katodowy, a fosforan żelazny jest poszukiwany na akumulatory samochodów elektrycznych.

pożądane cechy w materiałach katodowych są to, że wiążą się z odwracalną reakcją, która może wytwarzać akumulator, i że tenReakcja nie powoduje zmiany fazowej wśród któregokolwiek z zaangażowanych materiałów.Dodatkowa energia wymagana do zmiany materiałów między fazami gazu, cieczy i stałymi sprawia, że zaprojektowanie akumulatora wymagają takiej zmiany.Wczesne wersje akumulatorów litowych stosowano stopioną siarkę jako katodę, otoczoną stopioną solą, która wynosiła 842 stopnie Fahrenheita (450 stopni celsjusza).Akumulatory te mogą zapewnić wysoką moc wyjściową, ale utrzymanie oddzielonych materiałów cieczy było zbyt dużym problemem.Naukowcy szukali praktycznej metody stosowania siarki jako materiału katodowego.

Jednym z trudności w opracowywaniu lepszych materiałów katodowych jest ich nieodłączna zmienność.Aby akumulator działał, katoda musi mieć silny ładunek elektryczny w odniesieniu do drugiej elektrody, anody.Wymaga to substancji o wysokiej zawartości tlenu.Taki materiał jest potencjalnie bardzo palny, szczególnie w połączeniu z ciepłem często związanym z reakcją chemiczną, która ma miejsce w baterii.

Jest to jeden z przyczyn zainteresowania związkami siarki dla katod.Siarka ma właściwości elektryczne oksygenów bez jej zmienności.Problem ze związkami siarki polega na tym, że wytwarzają katody o krótszym okresie życia, ponieważ ich reakcje chemiczne pozostawiają produkty uboczne, które rozpuszczają się na materiał elektrolit, który oddziela dwie elektrody.

Na początku lat siedemdziesiątych pojawiła się nowa grupa związków, które zwróciły uwagęNaukowcy, którzy zrezygnowali z pomysłu stosowania stopionej siarki.Najlżejszy z tych związków, tytanowy disiarczek, był powszechnie stosowany podczas tej dekady.Został zastąpiony około 1980 roku litowym tlenkiem kobaltu, który wytworzył pierwszy naprawdę udany bateria litowo-jonowa.

Tlenek kobaltu jest dominującym materiałem katodowym na rynku i jest powszechnie stosowany w akumulatorach telefonów komórkowych i komputerach laptopowych.W sprzęcie medycznym, takim jak defibrylatory serca, srebrny wanad tlenek jest powszechnie stosowany w katodach.Ten typ akumulatora ma srebro jako produkt uboczny swojej reakcji chemicznej, co poprawia przewodność Batterysa.

Fosforan żelaza i, w mniejszym stopniu litowy tytanat, zwrócił uwagę od producentów samochodowych jako potencjalne materiały katodowe dla akumulatorów samochodów elektrycznych.Jednym z powodów jest to, że baterie z katodami wykonanymi z tych związków można szybko naładować w ciągu zaledwie 10 minut.Komórki z katodami wykonanymi z nikelatu mają najwyższą gęstość energii.Ta wysoka gęstość energii oznacza, że z natury nie są one tak bezpieczne jak fosforan żelaza lub litowe baterie tytanianu.