Vilka är de olika typerna av katodmaterial?

Katodmaterial är vanligtvis den begränsande faktorn när det gäller att göra tillförlitliga litiumjonbatterier.Med laddningsbara batterier i ständigt ökande användning fortsätter forskare att söka katodmaterial som kombinerar hög produktion med säker drift.En mängd olika material används, beroende på applikationen.Batterier för konsumentapparater har länge använt koboltoxid som deras huvudsakliga katodmaterial och järnfosfat är efterfrågad för elbilbatterier.

Önskade egenskaper i katodmaterial är att de involverar en reversibel reaktion som kan producera ett laddningsbart batteri, och att dettaReaktionen orsakar inte en fasförändring bland något av de inblandade materialen.Den extra energin som krävs för att byta material mellan deras gas, flytande och fasta faser gör det opraktiskt att utforma ett batteri som innebär en sådan förändring.Tidiga versioner av laddningsbara litiumbatterier använde smält svavel som en katod, omgiven av smält salt som var 842 grader Fahrenheit (450 grader Celsius).Dessa batterier kunde ge en hög utgång, men att hålla de flytande materialen separerade var för mycket av ett problem.Forskare har letat efter en praktisk metod för att använda svavel som katodmaterial.

En av svårigheterna med att utveckla bättre katodmaterial är deras inneboende volatilitet.För att batteriet ska fungera måste katoden ha en stark elektrisk laddning med avseende på den andra elektroden, anoden.Detta kräver ett ämne med högt syreinnehåll.Sådant material är potentiellt mycket brännbart, särskilt när det kombineras med värmen som ofta är associerad med den kemiska reaktionen som sker i ett batteri.

Detta är en av orsakerna till intresset för svavelföreningar för katoder.Svavel har oxygens elektriska egenskaper utan dess volatilitet.Problemet med svavelföreningar är att de producerar katoder med kortare livslängd, eftersom deras kemiska reaktioner lämnar biprodukter som upplöses i elektrolytmaterialet som skiljer de två elektroderna.

I början av 1970 -talet dök upp en ny grupp av föreningar som drog upp uppmärksamheten hos de uppmärksamheten av de två elektroderna.Forskare som hade gett upp idén att använda smält svavel.De lättaste av dessa föreningar, titandisulfid, användes vanligtvis under detta decennium.Det ersattes cirka 1980 av litiumkoboltoxid, som producerade det första verkligt framgångsrika litiumjonbatteriet.

Koboltoxid är det dominerande katodmaterialet på marknaden och används vanligtvis i de laddningsbara batterierna på mobiltelefoner och bärbara datorer.När det gäller medicinsk utrustning såsom hjärtfibrillatorer används vanligtvis silver vanadiumoxid för katoderna.Denna typ av batteri har silver som en biprodukt av sin kemiska reaktion, och detta förbättrar batteriets konduktivitet.

Järnfosfat och i mindre utsträckning litiumtitanat har uppmärksammats från biltillverkare som potentiella katodmaterial för elbilbatterier.En anledning till detta beror på att batterier med katoder tillverkade av dessa föreningar snabbt kan laddas på så få som 10 minuter.Celler med katoder gjorda av nickelat har den högsta energitätheten.Denna höga energitäthet innebär att de i sig inte är så säkra som järnfosfat eller litiumtitanatbatterier.